通过对泥河湾盆地43条剖面和6个钻孔晚新生代地层和微体古生物（介形类和有孔虫）的调查研究，发现非常丰富的介形类，计26属70余种，有孔虫4属4种，其中介形类自下而上可明显地划分为5个组合带：（1）Potamocypris plana Candoniella Ilyocypris组合带； （2）Leucocythere Ilyocypris Candoniella组合带；（3）Leucocythere Cytherissa Limnocythere组合带； （4）Ilyocypris Limnocythere flexa Limnocythere dubiosa组合带；（5）Limnocythere dubiosa Limnocythere sancti Patricii Ilyocypris组合带。按以上5个介形类组合带的分布，第1组合带及所含地层红崖村组和石匣组的时代为上新世；第2~4组合带及所含地层泥河湾组的时代为早更新世；第5组合带为中-晚更新世，分布于虎头梁组和许家窑组，虎头梁组置中更新世为宜，许家窑组为晚更新世。根据5个介形类组合带和有孔虫的分布及介形类的始现、繁盛、兴衰的演替特征，对泥河湾古湖和盆地的形成经历了上新世的起始，早更新世早期的扩展，中、晚期稳定、发展、湖面最大，中更新世向西部退缩和晚更新世消亡、桑干河水系形成五个发展阶段的演化进行了探讨。