A Paleocénben a kontinensek és az óceánok átrendeződtek. 101. ábra A Gondwanáról korábban leszakadt India és Afrika északra sodródott, fokozatosan bezárták a Tethys-óceánt, még jobban eltávolodtak Ausztráliától, amely közel maradt az Antarktiszhoz. Nyugatabbra az Ibériai- félsziget ütközött össze Eurázsiával. Amikor elérték Eurázsia déli szegélyét, döntő szakaszába lépett az Eurázsiai-hegységrendszer kialakulása az Alpoktól a Himalájáig. Folytatódott az Atlanti-óceán északi medencéjének felnyílása is. Dél-Amerika teljesen leszakadt. A vízszint ingadozik a kor folyamán, de a középső-kréta magas értékéhez képest folyamatosan csökkent. A paleocén során került először a Golf-áramlás hatása alá az európai partok. A ma is ismeretes áramlások közül több ekkor alakul ki (Agulhas, Benguela, Kurosió). Az időszak elején a klíma világszerte csapadékosabbá vált. A csapadék mennyisége nagyobb, eloszlása az év folyamán egyenletesebb, mint a dinoszauruszok idején. A Paleocén alatt viszonylag egységes volt a klíma. A trópusi-szubtrópusi éghajlat elérte a sarki régiókat. A mai esőerdők első megjelenése, a nagytermetű állatok hiánya miatt sűrű.
A növényvilággal kapcsolatban elmondható, hogy már nincsenek nagy evolúciós lépések, inkább csak alkalmazkodás az éghajlathoz, és a földrajzi viszonyokhoz. Az időszak speciális viszonyait jelzi, hogy kialakul az ún. harmadidőszaki sarkvidéki flóra. A jól ismert észak-amerikai erdőségek alapján arra következtethetünk, hogy az erdőségek sűrűbbek és mocsarasabbak voltak, mint a kései krétában. A sarkvidékeken lombhullató erdők voltak, amelyek melegebb környezetben éltek, de ugyanolyan fényviszonyokhoz alkalmazkodtak, mint napjainkban: a nyár folyamatos napsütését hatalmas leveleikkel fogták fel, míg a téli éjszakai viszonyok között elhullatták őket. A Föld további részén trópusi erdők uralkodtak, (kistermetű, falakó emlősökkel). Általánosan elmondható, hogy a Föld sokkal egységesebb éghajlattal bírt, mint manapság. A trópusi-szubtrópusi éghajlat elérte a sarki régiókat.
A kréta végi kihalási események után, amelyeket a dinoszauruszok kihalása fémjelez, de számos más élőlénycsoportot is érintett, az élet igen gyorsan magához tért. A tengerekben már a korai tercierben a maiakhoz hasonló fajok jelentek meg. Az ammoniteszeket újabb csigák és kagylók váltották fel, a tengeri uborkák és likacsoshéjúak is virágzásnak indultak. A csontos halak és a cápák uralma a tengerekben jellemzővé vált.
A szárazföldeken azonban még drámaibb fejlődés zajlott 99. ábra. A kígyók és gyíkok virágzásnak indultak, de a szárazföld igazi urai az emlősök, madarak, rovarok és a virágos növények lesznek. Kialakultak a modern lábatlan kétéltűek is.
Az emlősök evolúciójára jellemző volt egyfajta “miniatürizálódás”. Pedig már nagyon hosszú ideje, a triász vége óta jelen voltak: a kloákások a kréta időszak közepe táján, az erszényesek a középső és késő kréta között, úgy 100 millió éve, a méhlepényesek is már a kréta folyamán megjelentek. A paleocén emlőseinek sok millió évébe került, hogy érdemi növekedést mutassanak, aminek talán fő oka, hogy a sűrű erdőségek a kis falakó állatoknak kedveztek. Másik érdekesség, hogy alig-alig akadnak olyan leletek, amelyek arra utalnának, hogy levelet fogyasztottak.
A korszak elején, 63 millió éve vált szét a Primates az orrtükrösökre (félmajmokra) (Strepsirrhini) és az orrtükör nélküliekre (Haplorrhini), melyből 58 millió éve alakult ki a koboldmaki alkatúak (Tarsiiformes) és a majomalkatúak (Simiiformes). Bár az emlőscsaládok száma 13-ról 41-re nőtt, alig találnánk köztük a maiakhoz hasonlóakat, a legtöbbjük rovar- vagy mindenevő volt, a fogak még nem specializálódtak, agytérfogatuk kicsi. A lombhullató fa/növényfajok kialakulása a valószínű elősegítője a levélfogyasztó fajok kialakulásának, valószínűleg azért, mert nem óvják annyira leveleiket – elsősorban kémiai anyagokkal - mint az állandó levélzettel bírók. A paleocén emlősök között alig találnánk a maiakhoz hasonlóakat. Észak-Amerikában fejlődtek ki az oposszumszerű erszényesek. A mai ragadozók Carnivora rendje még nem jelent meg, rokona az akkor virágzó Creodonta rend azóta kihalt.
A paleocénben a feltételezések szerint a világ különböző részei között kismértékű volt az emlősök vándorlása. Ázsia, Észak-Amerika és Európa között lennie kellett a jégmentes arktikus útvonalon némi közlekedésnek (primitív ungulatak, rovarevők, húsevők). Ázsia és Európa között a beltengerek megakadályozták a közlekedést. India, Afrika, Madagaszkár édes elszigeteltségben maradt, Dél-Amerikába is csak kevés, de a különös fauna kialakításában annál jelentősebb emlős talált utat Észak-Amerikából. Igen fontos esemény a kései paleocén során, hogy megjelentek a –minden bizonnyal Ázsiából származó – rágcsálók (Paramys) Észak-Amerikában, az akkor számbeli hanyatlásnak indult helyi emlősök helyén.