Shackletons banbrytande analyser av djuphavssediment rörande sambandet mellan syreisotopvariationer och klimatvariationer har resulterat i en global tidsskala och en global klimatmodell för kvartärperioden samt en kartläggning av norra halvklotets nedisningar under de senaste 2,5 miljoner åren. Tillsammans med Willi Dansgaard mottog han 1995 års Crafoordpris i geovetenskap.