时发生了PETM事件，是地球地质历史记录中出现的最快的、强度最大的一次全球变暖事件，地球温度迅速升高，始新世就此开始。这次迅速和剧烈的升温（在高纬度地区温度上升了7°C 之多）持续的时间少于10万年，但是导致了大量物种急剧灭绝，从而形成了古新世和始新世生态系统的分野。始新世的全球气候可能是新生代中区域变化幅度最小的；从赤道到极地的气温变化幅度只有今天的一半，而深海洋流则异常温暖。 极地地区比现在温暖得多，接近于现今西北太平洋的温度；温带森林已经扩展到了极地地区，同时多雨的热带气候区则延伸至北纬45°地区