Далее в истории Земли наступил палеогеновый период (с 68 млн. л.н.), в котором происходили крупные тектонические движения. В западной части Северной и Южной Америки продолжался рост горных сооружений Кордильер и Анд, сопровождаемый активной вулканической деятельностью. Во второй половине палеогенового периода (с 45 млн. л.н.) в разных частях планеты происходили складчатость и горообразование, что привело к возникновению двух цепей гористых островов, огибающих с юга и севера Средиземное море – сформировались Европа и Северная Африка с продолжающимся вулканизмом (на Балканском полуострове, в Закавказье, в Малой Азии).
Палеогеновая трансгрессия достигла максимума к концу эоцена (37,2 млн. л.н.), к этому времени море затопило южную половину Восточно-Европейской платформы, Туранскую и Западно-Сибирскую плиты, Закавказье, Среднюю и Южную Европу, север Африки и т. д. Между Русской платформой и Африкой и в южной половине Азии существовала крупная геосинклинальная система, которая простиралась от современных Пиренеев до Бирмы. Сообщению животного и растительного миров Африки и Русской платформы препятствовала полоса воды, шириной около 2500 км, а Русской платформы и Азии – более 1000 км. Причём, Африка и Азия являлись зоной повышенного вулканизма, а Русская платформа и Северная Америка – зоной тектонической стабильности. Европа и Северная Африка – не существовали.
В начале олигоцена (37,2 млн. л.н.) произошли тектонические движения, приведшие к регрессии моря (за исключением Средней Европы, Карибского моря, Мексиканского залива и др.). К началу палеогенового периода вымерли динозавры, и широкое распространение получили млекопитающие, в палеоцене представленные примитивными формами, а с эоцена (конец 37,2 млн. л.н.) появляются насекомоядные, грызуны, приматы, хищные, копытные, хоботные, китообразные и сиреновые.