Klimaet har variert sterkt i neogen, men har generelt vært kaldere enn i de forutgående periodene. Mens Antarktis trolig har vært isdekt gjennom hele neogen, inntraff de første nedisninger på den nordlige halvkula for ca. 2,5 millioner år siden. Siden da har den nordlige halvkula hatt en serie på 30–40 istider med ca. 100 000 års mellomrom, både på det nordamerikanske og det eurasiske kontinent.