L'era si estende da 66 a 2,5 milioni di anni fa ed è divisa in: Paleocene (66-56 m.a.), Eocene (56-34 m.a.), Oligocene (34-23 m.a.), Miocene (23-5 m.a.), Pliocene (5-2,6 m.a.). I Primi tre periodi sono compresi nel Paleogene, gli altri due nel Neogene.
Abbiamo scelto si separare il Quaternario e considerarlo come ultima era.
Eventi geologici
I continenti proseguono nel loro spostamento iniziato nell'era precedente.
Le due Americhe all'inizio dell'era sono ancora separate da mari equatoriali ma in costante allontanamento dai rimanenti continenti, con il conseguente ampliamento dell'Oceano Atlantico. Il movimento di queste placche determina nell'Eocene il sollevamento della Cordigliera occidentale, parallela alla precedente. Anche nell'America settentrionale si solleva una catena delle Montagne Rocciose parallela alla precedente.
L'Africa è spinta verso l'Europa facendo sollevare, a partire dall'Eocene, l'Atlante, i Pirenei, le Alpi, gli Appennini, i Carpazi, il Caucaso (orogenesi alpina) e nel Pliocene si forma la Rift Valley. L'Italia ha ancora però un aspetto di arcipelago montuoso.
La compressione dell'Africa sull'Europa porta alla chiusura del mare della Tetide (tra 19 e 12 m.a.) e il Mare Mediterraneo diventa un bacino chiuso, mentre dal continente africano si stacca la penisola arabica con la formazione del Mar Rosso. Della Tetide non rimarranno che il Mar Nero, Il Mar Caspio e il Lago d'Aral.
Alla fine del Miocene (Messiniano 6-5,3 m.a.) il Mediterraneo, per lo sviluppo di catene montuose a ovest e un generale abbassamento del livello marino (il livello più basso della sua storia), subisce un prosciugamento con deposizione di imponenti strati di evaporiti (formazione gessoso-solfifera). Rimanevano solo alcune pozze alimentate dai fiumi e dalle piogge e un'ampia distesa arida. L'abbassamento generale del livello marino porterà anche alla formazione di ponti intercontinentali, con conseguente scambio di flora e fauna. Alla fine di questo periodo si apre lo stretto di Gibilterra e nel giro di alcuni anni un'immensa cascata d'acqua dell'Oceano Atlantico lo riempirà nuovamente.
L'India continua il suo percorso verso l'Eurasia e nell'Eocene la raggiunge formando l'imponente catena dell'Himalaya (orogenesi himalayana). L'apice del sollevamento della catena alpino-himalayana si avrà nell'Oligocene, anche se la compressione continua anche oggi.
Connessa all'attività orogenetica è una serie di eventi magmatici, tra cui la nascita dei Colli Euganei (Eocene superiore - Oligocene inferiore).
A sud nell'Eocene medio si separano l'Australia e l'Antartide, mentre la Nuova Zelanda si era già staccata nel Cretaceo. L'Antartide si trova nell'Oligocene completamente isolata, e progressivamente su essa si formerà una calotta glaciale antartica permanente a causa dell'instaurarsi di una corrente circumpolare.
Analogo raffreddamento si avrà nella calotta artica (3 m.a.) quando L'America del sud e del Nord si collegarono mediante l'istmo di Panama (3,5 m.a.), con la conseguente modifica della circolazione nell'Atlantico settentrionale.
Alla fine del Pliocene i continenti si trovano pressoché nella posizione attuale.
Eventi climatici
Nel Paleogene il clima, inizialmente più freddo del precedente periodo, subì un improvviso aumento di temperatura, raggiungendo i massi valori per quell'era, superiori all'attuale e distribuiti in modo abbastanza omogeneo. Le foreste temperate si estendevano fino a 45° di latitudine e, dato che il clima era anche umido, le foreste equatoriali erano simile alle odierne. Solo l'Antartide aveva una calotta glaciale già 23 milioni di anni fa, ma dal Miocene continuò ad estendersi fino a raggiungere la dimensione attuale. Nell'Artide si formò invece circa 3 milioni di anni fa.
Nell'Oligocene la separazione definitiva dell'Antartide dagli altri continenti ha generato una corrente circumpolare antartica che ha sensibilmente abbassato le temperature soprattutto nella parte meridionale. La regione, perciò, non fu più interessata da correnti calde. Nelle altre zone il clima rimaneva comunque più caldo dell'attuale.
Nel Miocene la temperatura riprese ad aumentare, soprattutto a causa di un aumento di anidride carbonica ma nel Pliocene riprese a scendere in modo costante fino a culminare nelle glaciazioni del Quaternario. Da quel momento comparvero vaste praterie e aree steppiche anche per l'inaridimento climatico, perciò il clima cominciò a differenziarsi: mite e piovoso nelle regioni settentrionali e caldo e umido in quelle meridionali. Contemporaneamente il mare si innalzò notevolmente, anche nel Mediterraneo.
Eventi biologici
La scomparsa dei grandi Rettili e i cambiamenti climatici hanno portato a una netta differenziazione della fauna rispetto al Cretaceo.
Dei Rettili si diffondono in particolare le famiglie dei Coccodrilli, Sauri e Ofidi.
Gli eredi dei Dinosauri sono gli Uccelli, differenziati in molte specie a partire dall'Eocene, tanto da essere definito l'Era degli Uccelli. Le specie sono simili a quelle attuali ma si sono avute anche forme mioceniche di grandi dimensioni come Diatryma gigantea, alto 3 m e Argentavis magnificens, con apertura alare di 7 metri, abitatrici delle praterie e steppe che si andavano formando.
Se l'Eocene è l'Era degli Uccelli, Oligocene e Miocene è l'Era dei Mammiferi. Nel Pliocene ormai l'80% delle specie animali sono simili a quelle attuali.
I Mammiferi si diffondono rapidamente e si specializzano, rimpiazzando le nicchie lasciate libere dai Rettili, e si espandono in tutto il globo. Dalle piccole specie primitive mesozoiche aplacentate si giunge ai Marsupiali e poi ai Placentati. Abbiamo specie carnivore, come lo Smilodon, ed erbivore, antenate dei moderni Proboscidati, Ungulati, Equidi, Rinocerontidi, ecc.
Nell'Oligocene e Miocene compaiono specie di Mammiferi gigantesche, come l'Indricotherium transouralicum, estinte alla fine dell'era. Questo è stato possibile perché le stagioni più secche hanno aumentato l'estensione di praterie e steppe a scapito delle foreste, rendendo più facile l'approvvigionamento del cibo. Più cibo per i grandi erbivori significa anche più prede a disposizione per i grossi carnivori. Naturalmente si svilupparono anche specie piccole a noi note come rane ecc.
Nell'era successiva, però, non saranno più i dominatori perché sta per emergere un nuovo genere: Homo. Nel Cenozoico, infatti, compaiono i Primati, dettagliatamente esposti nella sezione dell'Evoluzione umana.
Nell'ambiente marino compaiono i Nummuliti, organismi unicellulari con un grande guscio calcareo simile a una moneta, che rappresentano i fossili guida fino all'Oligocene. Il mare è solcato da Pesci, non troppo diversi da quelli delle epoche precedenti, Squali giganti ma anche da Mammiferi marini giganti come il Basilosaurus, da cui deriveranno i moderni Cetacei.
La flora dei primi periodi è caratterizzata da Palme, piante di tipo tropicale e Felci che formano dense foreste e più tardi, a causa del raffreddamento del clima, si espandono le foreste a latifoglie comparse nell'era precedente e le moderne Conifere. Ma anche queste foreste si riducono, sostituite da piante erbacee e di steppa (Angiosperme Monocotiledoni). Le foreste tropicali rimangono relegate nella fascia equatoriale, mentre nelle zone più settentrionali risultano più adattate piante caducifoglie, più resistenti nei periodi freddi.