白垩纪

白堊紀前期

氣候
持續著侏羅紀的暖和天氣，海平面的變化很大。白堊紀時期的大氣層氧氣含量是現今的90%，二氧化碳含量是工業時代前的6倍，氣溫則是高於今日約攝氏4°C。
連現在被萬年雪所覆蓋的極地，其景致也並非像今天這麼荒涼，因現在的南極大陸，由於無法接受暖和海洋的影響，所以非常寒冷。而北極海，也因其四周均有陸地包圍，無法與暖和的外洋產生海流循環，所以也相當嚴寒。中生代時期，北極與南極均為海，且都與暖和的海洋相連接，由於冷暖兩種海水互相交流，即使氣候再寒冷也不會結冰，可能在夏季甚至可以呈現溫帶的樣子。
環境
陸地生存著恐龍，海洋生存著海生爬行動物、菊石、以及厚殼蛤。新的哺乳類、鳥類出現，被子植物開始輻射進化。白堊紀-第三紀滅絕事件是地質年代中大規模滅絕事件之一，包含非鳥類恐龍在內的大部分物種滅亡。
白堊紀這一時期形成的地層叫「白堊系」，縮寫記為K，是德文的白堊紀（Kreidezeit）縮寫。

地質年代

白堊紀是在1822年由比利時地質學家第哈羅伊研究巴黎盆地時所提出。其名稱在拉丁文意為「黏土」，意指上白堊紀地層裡常見的白堊，由海生非脊椎動物身上甲殼的碳酸鈣沉積而成，尤其是球石粒。這些白堊黏土層可在歐洲大陸與不列顛群島（尤其是著名的多佛白色峭壁）發現。

年代測定

如同其它古遠的地質時代，白堊紀的岩石標誌非常明顯和清晰，其開始的準確時間卻無法非常精確地被確定，其誤差在幾百萬年之間。在侏羅紀與白堊紀之間沒有滅絕事件或生物演化的特點，可以明確分開兩個年代。白堊紀結束的時間定的比較準確，是在6550萬年至6590萬年前結束，那時全地球的岩石層都含大量的銥。一般以為，那時有一顆巨大的隕石撞擊地球，在今墨西哥猶加敦半島留下一個大型隕石坑。這個隕石造成了大量生物滅絕，稱為白堊紀-第三紀滅絕事件。但是這個理論現在有爭議。

岩層

白堊紀的海平面變化大、氣候溫暖，顯示有大面積的陸地由溫暖的淺海覆蓋。白堊紀是以歐洲常見的白堊層為名，但在全球其他地區，白堊紀的地層主要由海相的石灰岩層構成，這些海相石灰岩層是在溫暖的淺海環境形成。高的海平面會造成大範圍的升降作用，因此形成厚的沉積層。由於白堊紀的地層厚、時代較近，全球各地常發現白堊紀地層的露頭。
白堊紀地層中常見白堊的成分。白堊是由海生顆石藻的鈣質外殼微粒（球石粒）沉積而成；顆石藻是種白堊紀常見的藻類。
在歐洲西北部，常發現上白堊紀的白堊沉積層，包含：英格蘭南岸的多佛白色峭壁、法國諾曼第海岸、以及低地國家、德國北部、丹麥沿岸。白堊的質地並不堅固，因此這些沉積層的質地鬆散。這些地層還包含石灰岩、砂質岩。這些地層可發現海膽、箭石、菊石、以及海生爬行動物（例如滄龍）的化石。
歐洲南部的白堊紀地層多為海相地層，主要由石灰岩、與少數的泥灰構成。在白堊紀時期，阿爾卑斯山造山運動還沒發生，所以歐洲南部的白堊紀地層當時多為特提斯洋周圍的大陸棚。
在白堊紀中期，海洋低層的流動停緩，造成海洋的缺氧環境。全球各地的許多黑色頁岩層，即是在這段時期的缺氧環境形成。這些頁岩層是重要的石油、天然氣來源，例如北海。

地理

在白堊紀，盤古大陸完全分裂成現在的各大陸，但是它們和現在的位置全不相同。大西洋還在變寬。北美洲自侏儸紀開始，形成多排平行的造山幕，例如內華達造山運動，與之後的塞維爾造山運動、拉拉米造山運動。
在白堊紀初期，岡瓦那大陸仍未分裂，而後南美洲、南極洲、澳洲相繼脫離非洲，印度和馬達加斯加還連在非洲上。南大西洋與印度洋開始出現。這些板塊運動，造成大量的海底山脈，進而造成全球性的海平面上升。非洲北邊的特提斯洋在變窄。西部內陸海道將北美洲分為東西兩部，這個海道在白堊紀後期縮小，留下厚的海相沉積層，夾雜者煤礦床。在白堊紀的海平面最高時期，地表上有1/3的陸地沉浸於海洋之下。
白堊紀因為黏土層而著名，這個時期形成的黏土層多於顯生宙的其他時期。中洋脊的火山活動，或是海底火山附近的海水流動，使白堊紀的海洋富含鈣，接近飽和，也使得鈣質微型浮游生物的數量增加。分布廣泛的碳酸鹽與其他沉積層，使得白堊紀的岩石紀錄特別多。北美洲的著名地層組包含：加拿大亞伯達省的恐龍公園組美國堪薩斯州的海相煙山河黏土層、晚期的陸相海爾河組。其他的著名白堊紀地層包含：歐洲的威爾德（Weald），亞洲中國的熱河群、蒙古的耐梅蓋特組等。白堊紀末期到古新世早期，印度發生大規模火山爆發，形成現在的德干暗色岩。

氣候

巴列姆階時期的氣候出現寒冷的趨勢，這個變化自侏羅紀最後一期就已開始。高緯度地區的降雪增加，而熱帶地區比三疊紀、侏羅紀更為潮濕。但是，冰河僅出現高緯度地區的高山，而較低緯度仍可見季節性的降雪。
在巴列姆階末期，氣溫開始上升，持續到白堊紀末期。氣溫上升的原因是密集的火山爆發，製造大量的二氧化碳進入大氣層中。中洋脊沿線形成許多熱柱，造成海平面的上升，大陸地殼的許多地區由淺海覆蓋者。位在赤道地區的特提斯洋，有助於全球暖化。在阿拉斯加州與格陵蘭發現的植物化石，以及自白堊紀南緯15度地區發現的恐龍化石，證明白堊紀的氣溫相當溫暖。
熱帶地區與極區間的溫度梯度平緩，原因可能是海洋的流動停滯，並造成行星風系的虛弱。分布廣泛的油頁岩層，以及缺氧事件，可證實海洋的流動停滯。根據沉積層的研究指出，熱帶的海水表面溫度約為攝氏42度，高於現今約攝氏17度；而全球的海水平均表面溫度為攝氏37度。而海洋底層溫度高於目前的溫度約攝氏15到20度。

植物

開花植物（被子植物）在白堊紀開始輻射進化，但直到坎潘階才成為優勢植物。蜜蜂的出現，有助於開花植物的演化；開花植物與昆蟲是共同演化的實例。榕樹、懸鈴木、木蘭花等大型植物開始出現。一些早期的裸子植物仍繼續存在，例如松柏目。南洋杉與其他松柏繁盛並分布廣泛，而本內蘇鐵目在白堊紀末滅亡。
陸地上的植物針葉樹、銀杏、鳳尾松類的森林及羊齒，木賊等樹下小草類，侏羅紀時期特有的植物，相當茂盛地生長著。

陸棲動物

動物界裡，哺乳動物還是比較小，只是陸地動物的一小部分。陸地的優勢動物仍是主龍類爬行動物，尤其是恐龍，牠們較之前一個時期更為多樣化。翼龍目繁盛於白堊紀中到晚期，但牠們逐漸面對鳥類輻射適應的競爭。
陸地動物的場景可能是這樣的：在橫跨南英格蘭及比利時的威爾頓湖的岸邊，禽龍和高齒龍一夥恐龍進食採得的木賊，另一面大恐龍則也在接近獵物。在流過低地平野的河川里，重爪龍正捕食著魚類。
中國遼寧省的炒米店子組發現了大量的白堊紀早期小型恐龍、鳥類、以及哺乳類。這裏發現的多種手盜龍類，被視為恐龍與鳥類間的連結，其中包含數種有羽毛恐龍。
昆蟲在這個時期開始多樣化，並發現最古老的螞蟻、白蟻。芽蟲、草蜢、癭蜂也開始出現。

海生動物

海洋里，鰩魚和現代鯊魚已經成型，真骨魚類開始輻射演化。海生爬行動物則包含：生存於早至中期的魚龍類、早至晚期的蛇頸龍類、白堊紀晚期的滄龍類。
桿菊石具有筆直的甲殼，屬於菊石亞綱，與造礁生物厚殼蛤同為海洋的繁盛動物。黃昏鳥目是群無法飛行的原始鳥類，可以在水中游泳，如同現代鷿鷉。有孔蟲門的球截蟲科（Globotruncanidae）與棘皮動物（例如海膽、海星）繼續存活。在白堊紀，海洋中的最早矽藻（應為矽質矽藻，而非鈣質矽藻）出現；生存於淡水的矽藻直到中新世才出現。對於造成生物侵蝕的海洋物種，白堊紀是這些物種的演化重要階段。

滅絕事件

在馬斯垂克期末期，曾發生大幅度的生物多樣性衰退事件，時間相當於K-T界限。在滅絕事件過後，造成許多空缺的生態位，生態系統花了長時間才恢復原本的多樣性。
雖然白堊紀-第三紀滅絕事件造成許多物種滅絕，但不同的演化支，或是各個演化支內部，呈現出明顯差異的滅絕程度。由於大氣層中的微粒遮闢了陽光，減少抵達地表的太陽能，依賴光合作用的生物衰退或滅絕。在白堊紀晚期，食物鏈底層是由依賴光合作用的生物構成，例如浮游植物與陸地植物，如同現今的狀況。證據顯示，草食性動物因所依賴的植物衰退，而數量減少；同樣地，頂級掠食者（例如暴龍）也接連受到影響。
顆石藻（Coccolithophore）與軟體動物（包含菊石亞綱、厚殼蛤、水生蝸牛、蚌），還有以上述硬殼動物維生的動物，在這次滅絕事件中滅亡，或遭受嚴重打擊。例如，滄龍類被認為以菊石為食，這群海生爬行動物在白堊紀-第三紀滅絕事件中滅亡。
雜食性、食蟲性、以及食腐動物在這次滅絕事件中存活，可能因為牠們的食性較多變化。白堊紀末期似乎沒有完全的草食性或肉食性哺乳動物。哺乳動物與鳥類藉由以昆蟲、蚯蚓、蝸牛…等動物為食，而在K-T事件中存活，而這些動物則以死亡的植物與動物為食。科學家假設，這些生物以生物的有機碎屑為生，因此得以在這次植物群崩潰的滅絕事件存活。
在河流生物群落中，只有少數動物滅亡；因為河流生物群落多以自陸地沖刷下來的生物有機碎屑為生，較少直接以活的植物為生。海洋也有類似的狀況，但較為複雜。生存在浮游帶的動物，所受到的影響遠比生存在海床的動物還大。生存在浮游帶的動物幾乎以活的浮游植物為生，而生存在海床的動物，則以生物的有機碎屑為食，或者可轉換成以生物的有機碎屑為食。
在這次滅絕事件存活下來的生物中，最大型的陸地動物是鱷魚與離龍目，是半水生動物，並可以生物碎屑為生。現代鱷魚可以食腐為生，並可長達數月未進食；幼年鱷魚的體型小，成長速度慢，在頭幾年多以無脊椎動物、死亡的生物為食。這些特性可能是鱷魚能夠存活過白堊紀末滅絕事件的關鍵。