白垩纪

白垩纪前期

气候
持续着侏罗纪的暖和天气，海平面的变化很大。白垩纪时期的大气层氧气含量是现今的90%，二氧化碳含量是工业时代前的6倍，气温则是高于今日约摄氏4°C。
连现在被万年雪所覆盖的极地，其景致也并非像今天这么荒凉，因现在的南极大陆，由于无法接受暖和海洋的影响，所以非常寒冷。而北极海，也因其四周均有陆地包围，无法与暖和的外洋产生海流循环，所以也相当严寒。中生代时期，北极与南极均为海，且都与暖和的海洋相连接，由于冷暖两种海水互相交流，即使气候再寒冷也不会结冰，可能在夏季甚至可以呈现温带的样子。
环境
陆地生存着恐龙，海洋生存着海生爬行动物、菊石、以及厚壳蛤。新的哺乳类、鸟类出现，被子植物开始辐射进化。白垩纪-第三纪灭绝事件是地质年代中大规模灭绝事件之一，包含非鸟类恐龙在内的大部分物种灭亡。
白垩纪这一时期形成的地层叫“白垩系”，缩写记为K，是德文的白垩纪（Kreidezeit）缩写。

地质年代

白垩纪是在1822年由比利时地质学家第哈罗伊研究巴黎盆地时所提出。其名称在拉丁文意为“黏土”，意指上白垩纪地层里常见的白垩，由海生非脊椎动物身上甲壳的碳酸钙沉积而成，尤其是球石粒。这些白垩黏土层可在欧洲大陆与不列颠群岛（尤其是著名的多佛白色峭壁）发现。

年代测定

如同其它古远的地质时代，白垩纪的岩石标志非常明显和清晰，其开始的准确时间却无法非常精确地被确定，其误差在几百万年之间。在侏罗纪与白垩纪之间没有灭绝事件或生物演化的特点，可以明确分开两个年代。白垩纪结束的时间定的比较准确，是在6550万年至6590万年前结束，那时全地球的岩石层都含大量的铱。一般以为，那时有一颗巨大的陨石撞击地球，在今墨西哥犹加敦半岛留下一个大型陨石坑。这个陨石造成了大量生物灭绝，称为白垩纪-第三纪灭绝事件。但是这个理论现在有争议。

岩层

白垩纪的海平面变化大、气候温暖，显示有大面积的陆地由温暖的浅海覆盖。白垩纪是以欧洲常见的白垩层为名，但在全球其他地区，白垩纪的地层主要由海相的石灰岩层构成，这些海相石灰岩层是在温暖的浅海环境形成。高的海平面会造成大范围的升降作用，因此形成厚的沉积层。由于白垩纪的地层厚、时代较近，全球各地常发现白垩纪地层的露头。
白垩纪地层中常见白垩的成分。白垩是由海生颗石藻的钙质外壳微粒（球石粒）沉积而成；颗石藻是种白垩纪常见的藻类。
在欧洲西北部，常发现上白垩纪的白垩沉积层，包含：英格兰南岸的多佛白色峭壁、法国诺曼底海岸、以及低地国家、德国北部、丹麦沿岸。白垩的质地并不坚固，因此这些沉积层的质地松散。这些地层还包含石灰岩、砂质岩。这些地层可发现海胆、箭石、菊石、以及海生爬行动物（例如沧龙）的化石。
欧洲南部的白垩纪地层多为海相地层，主要由石灰岩、与少数的泥灰构成。在白垩纪时期，阿尔卑斯山造山运动还没发生，所以欧洲南部的白垩纪地层当时多为特提斯洋周围的大陆棚。
在白垩纪中期，海洋低层的流动停缓，造成海洋的缺氧环境。全球各地的许多黑色页岩层，即是在这段时期的缺氧环境形成。这些页岩层是重要的石油、天然气来源，例如北海。

地理

在白垩纪，盘古大陆完全分裂成现在的各大陆，但是它们和现在的位置全不相同。大西洋还在变宽。北美洲自侏罗纪开始，形成多排平行的造山幕，例如内华达造山运动，与之后的塞维尔造山运动、拉拉米造山运动。
在白垩纪初期，冈瓦那大陆仍未分裂，而后南美洲、南极洲、澳洲相继脱离非洲，印度和马达加斯加还连在非洲上。南大西洋与印度洋开始出现。这些板块运动，造成大量的海底山脉，进而造成全球性的海平面上升。非洲北边的特提斯洋在变窄。西部内陆海道将北美洲分为东西两部，这个海道在白垩纪后期缩小，留下厚的海相沉积层，夹杂者煤矿床。在白垩纪的海平面最高时期，地表上有1/3的陆地沉浸于海洋之下。
白垩纪因为黏土层而著名，这个时期形成的黏土层多于显生宙的其他时期。中洋脊的火山活动，或是海底火山附近的海水流动，使白垩纪的海洋富含钙，接近饱和，也使得钙质微型浮游生物的数量增加。分布广泛的碳酸盐与其他沉积层，使得白垩纪的岩石纪录特别多。北美洲的著名地层组包含：加拿大亚伯达省的恐龙公园组美国堪萨斯州的海相烟山河黏土层、晚期的陆相海尔河组。其他的著名白垩纪地层包含：欧洲的威尔德（Weald），亚洲中国的热河群、蒙古的耐梅盖特组等。白垩纪末期到古新世早期，印度发生大规模火山爆发，形成现在的德干暗色岩。

气候

巴列姆阶时期的气候出现寒冷的趋势，这个变化自侏罗纪最后一期就已开始。高纬度地区的降雪增加，而热带地区比三叠纪、侏罗纪更为潮湿。但是，冰河仅出现高纬度地区的高山，而较低纬度仍可见季节性的降雪。
在巴列姆阶末期，气温开始上升，持续到白垩纪末期。气温上升的原因是密集的火山爆发，制造大量的二氧化碳进入大气层中。中洋脊沿线形成许多热柱，造成海平面的上升，大陆地壳的许多地区由浅海覆盖者。位在赤道地区的特提斯洋，有助于全球暖化。在阿拉斯加州与格陵兰发现的植物化石，以及自白垩纪南纬15度地区发现的恐龙化石，证明白垩纪的气温相当温暖。
热带地区与极区间的温度梯度平缓，原因可能是海洋的流动停滞，并造成行星风系的虚弱。分布广泛的油页岩层，以及缺氧事件，可证实海洋的流动停滞。根据沉积层的研究指出，热带的海水表面温度约为摄氏42度，高于现今约摄氏17度；而全球的海水平均表面温度为摄氏37度。而海洋底层温度高于目前的温度约摄氏15到20度。

植物

开花植物（被子植物）在白垩纪开始辐射进化，但直到坎潘阶才成为优势植物。蜜蜂的出现，有助于开花植物的演化；开花植物与昆虫是共同演化的实例。榕树、悬铃木、木兰花等大型植物开始出现。一些早期的裸子植物仍继续存在，例如松柏目。南洋杉与其他松柏繁盛并分布广泛，而本内苏铁目在白垩纪末灭亡。
陆地上的植物针叶树、银杏、凤尾松类的森林及羊齿，木贼等树下小草类，侏罗纪时期特有的植物，相当茂盛地生长着。

陆栖动物

动物界里，哺乳动物还是比较小，只是陆地动物的一小部分。陆地的优势动物仍是主龙类爬行动物，尤其是恐龙，它们较之前一个时期更为多样化。翼龙目繁盛于白垩纪中到晚期，但它们逐渐面对鸟类辐射适应的竞争。
陆地动物的场景可能是这样的：在横跨南英格兰及比利时的威尔顿湖的岸边，禽龙和高齿龙一伙恐龙进食采得的木贼，另一面大恐龙则也在接近猎物。在流过低地平野的河川里，重爪龙正捕食着鱼类。
中国辽宁省的炒米店子组发现了大量的白垩纪早期小型恐龙、鸟类、以及哺乳类。这里发现的多种手盗龙类，被视为恐龙与鸟类间的连结，其中包含数种有羽毛恐龙。
昆虫在这个时期开始多样化，并发现最古老的蚂蚁、白蚁。芽虫、草蜢、瘿蜂也开始出现。

海生动物

海洋里，鳐鱼和现代鲨鱼已经成型，真骨鱼类开始辐射演化。海生爬行动物则包含：生存于早至中期的鱼龙类、早至晚期的蛇颈龙类、白垩纪晚期的沧龙类。
杆菊石具有笔直的甲壳，属于菊石亚纲，与造礁生物厚壳蛤同为海洋的繁盛动物。黄昏鸟目是群无法飞行的原始鸟类，可以在水中游泳，如同现代䴙鷉。有孔虫门的球截虫科（Globotruncanidae）与棘皮动物（例如海胆、海星）继续存活。在白垩纪，海洋中的最早硅藻（应为硅质硅藻，而非钙质硅藻）出现；生存于淡水的硅藻直到中新世才出现。对于造成生物侵蚀的海洋物种，白垩纪是这些物种的演化重要阶段。

灭绝事件

在马斯特里赫特期末期，曾发生大幅度的生物多样性衰退事件，时间相当于K-T界限。在灭绝事件过后，造成许多空缺的生态位，生态系统花了长时间才恢复原本的多样性。
虽然白垩纪-第三纪灭绝事件造成许多物种灭绝，但不同的演化支，或是各个演化支内部，呈现出明显差异的灭绝程度。由于大气层中的微粒遮辟了阳光，减少抵达地表的太阳能，依赖光合作用的生物衰退或灭绝。在白垩纪晚期，食物链底层是由依赖光合作用的生物构成，例如浮游植物与陆地植物，如同现今的状况。证据显示，草食性动物因所依赖的植物衰退，而数量减少；同样地，顶级掠食者（例如暴龙）也接连受到影响。
颗石藻（Coccolithophore）与软体动物（包含菊石亚纲、厚壳蛤、水生蜗牛、蚌），还有以上述硬壳动物维生的动物，在这次灭绝事件中灭亡，或遭受严重打击。例如，沧龙类被认为以菊石为食，这群海生爬行动物在白垩纪-第三纪灭绝事件中灭亡。
杂食性、食虫性、以及食腐动物在这次灭绝事件中存活，可能因为它们的食性较多变化。白垩纪末期似乎没有完全的草食性或肉食性哺乳动物。哺乳动物与鸟类借由以昆虫、蚯蚓、蜗牛…等动物为食，而在K-T事件中存活，而这些动物则以死亡的植物与动物为食。科学家假设，这些生物以生物的有机碎屑为生，因此得以在这次植物群崩溃的灭绝事件存活。
在河流生物群落中，只有少数动物灭亡；因为河流生物群落多以自陆地冲刷下来的生物有机碎屑为生，较少直接以活的植物为生。海洋也有类似的状况，但较为复杂。生存在浮游带的动物，所受到的影响远比生存在海床的动物还大。生存在浮游带的动物几乎以活的浮游植物为生，而生存在海床的动物，则以生物的有机碎屑为食，或者可转换成以生物的有机碎屑为食。
在这次灭绝事件存活下来的生物中，最大型的陆地动物是鳄鱼与离龙目，是半水生动物，并可以生物碎屑为生。现代鳄鱼可以食腐为生，并可长达数月未进食；幼年鳄鱼的体型小，成长速度慢，在头几年多以无脊椎动物、死亡的生物为食。这些特性可能是鳄鱼能够存活过白垩纪末灭绝事件的关键。