Klima i eocen var uvanlig varmt. Perioden ble innledet med en av de raskeste og voldsomste oppvarmingsperiodene i Jordas historie, og en ganske brå avkjøling ved periodens slutt. Denne brå avkjølingen forårsaket en mindre masseutryddelse. På sitt varmeste var det tropisk og subtropisk klima så langt nord som til Grønland og Svalbard. Etter eocen har Jorda aldri igjen vært så varm.