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，如蛇颈龙类、海生蜥蜴类等，在早第三纪被小型鲸类、海狮等海生哺乳类替代。在陆上，中生代占统治地位的恐龙基本消失；而中生代不占突出地位的哺乳动物得到了迅速繁衍，它们占有爬行动物以往的各种生态领域。各大陆和岛屿上充满了各种接近现代面貌的鸟类。从中生代爬行动物占优势过渡到早第三纪哺乳动物的繁盛，这是地球上生命历史变革中的一件大事。
早第三纪是哺乳动物历史上一个很重要繁衍和进化时期。在晚白垩世时，哺乳动物共有10多个科，但古新世时却增加到40多个科。这些哺乳动物除白垩纪已有的多瘤齿兽目、食虫目和踝节目外，更重要的是各种古老和土着类型的有胎盘类大量发展和分化。它们绝大部分与现代哺乳动物各目都没有直接的系统关系；有许多种类是离奇的或特化的。始新世的哺乳动物科一级的总数比古新世约增加80%；奇蹄目和偶蹄目两大现代目是动物群中的重要角色。此外，啮形动物、食肉目也有了较大的发展和繁衍。渐新世哺乳动物群具有更近代化的面貌。其他脊椎动物如软骨鱼类、硬骨鱼类、鳄、龟鳖类和蜥蜴类在早第三纪也是常见的化石；鸟类化石也时有发现。至于无脊椎动物，其中双壳类如牡蛎、蚶、海扇和珠蚌异常繁盛；腹足类属种繁多，分布广泛；介形类主要有浪花介、土菱子介、金星介和达尔文介等。叶肢介属种单调，主要是雕饰叶肢介、狭叶肢介等，已处于衰落时期；有孔虫和棘皮动物在世界上分布很广，大有孔虫主要有圆盘虫类、货币虫类等。由于古地中海区海相早第三系中广布大型原生动物货币虫，故在欧洲常称早第三纪为货币虫纪。而昆虫化石群基本面貌与近代昆虫相似。
早第三纪初期，由于海底扩张，北大西洋断裂把劳亚古陆切开与北极海相通，当时海生动物大致形成北海、地中海和印度--太平洋3个主要分布中心。而陆上生物因大陆之间象现代这样的连接形式在早第三纪时尚未完成，它的传播与现代仍有明显的不同。根据对脊椎动物的研究，当时的动物地理区大致分为如下区域：古北区，包括欧洲、地中海区域、亚洲中部和北部；新北区，包括北美洲；新热带区，包括南美洲和中美洲；埃塞俄比亚区，包括非洲大部分；澳洲区，包括澳大利亚、新西兰和邻近的一些岛屿；东方区，包括东印度和南亚。
由于海底扩张、古陆解体，对世界上整个地质构造格局、古地理环境产生了重大的变化。早第三纪时，古地中海(特提斯海)最终消失，亚洲大陆最后形成，青藏高原的升起，阿尔卑斯山、喜马拉雅山、落基山和安第斯山等现代山系相继形成，吐尔盖海峡和巴拿马地峡的出现或消失，气候分带渐趋明显，地球上的自然环境向着多样性发展。
早第三纪由于各大陆的位置与现代不同，板块漂移、古纬度变化、气温与近今也不同。白垩纪后期到古新世北半球年平均气温曾下降3c左右；到古新世后期，气温一度回升；而始新世晚期气温又有下降趋势，直至以后才逐渐回升到原有水平。在早第三纪晚期，中国气候有明显的南北分带，如南北为两个潮湿带，中部为干旱带。气候带的展布与今日的纬度斜交。
早第三纪最引人注目的是喜马拉雅运动的影响，这一阶段是青藏高原开始隆起时期，同时也是中国西部规模较大的山前拗陷和东部沉积中心形成的时期。尽管世界各地大规模的中生代火山活动带到晚白垩世后期有了减弱，但一般说来早第三纪火山活动仍较频繁，主要以基性为主的火山喷发。但xZ冈底斯山到LS一线见有中酸性的火山物质；台湾同样有酸性熔岩的分布。
早第三纪由于沉积环境多样化，在中国不仅形成了巨厚的磨拉石建造，而且在广大地区形成了各种成因类型的陆相、海相、海陆过渡相的沉积物。这些沉积物中蕴藏的资源相当丰富，主要有石油、煤、油页
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