白亜紀と古第三紀の間の大量絶滅
これは堆積物の薄い層で、陸上・海洋底問わず世界中で見つかっている。この境界の粘土層からは高濃度のイリジウムが検出されており、この点では地球の地殻よりも小惑星に近い。
この大量絶滅は、約6600万年前に直径10~15kmの小惑星(または彗星の破片)が地球に衝突したことで引き起こされたと考えられている。この衝突によって上空に巻き上がった土砂が太陽光を遮り、衝突の冬が発生したことで、植物やプランクトンの光合成ができなくなり、全球的に環境が破壊されたとされる。この仮説は、1980年にルイス・ウォルター・アルヴァレズと息子のウォルター・アルヴァレズらの研究チームによって提唱されたため、アルバレス仮説(英語版)とも呼ばれている。1990年代初頭、メキシコ湾に面するユカタン半島で直径180kmに達するチクシュルーブ・クレーターが発見されたことで、K-Pg境界の粘土層が天体衝突に由来するという決定的な証拠が得られ、アルバレス仮説はより強固なものとなった。絶滅と衝突のタイミングが一致していることは、絶滅を引き起こしたのがこの小惑星であることを強く示唆している。
2016年にはチクシュルーブ・クレーターのピークリング(英語版)部分の掘削調査プロジェクトが行われた。この調査によれば、ピークリングは、衝突して数分以内に地球深部から放出された花崗岩で構成されており、この地域の海底に多く見られる石膏をほとんど含んでいないことが分かった。硫酸塩鉱物である石膏は、衝突後に蒸発してエアロゾルとして大気中に拡散し、長期にわたって気候や食物連鎖に甚大な影響を与えたとされる。
マーストリヒト期に化石記録のあるワニ及びそれに近縁な爬虫類としては10科が知られているが、K-Pg境界ではそのうち5科が絶滅した。残りの5科はマーストリヒト期と暁新世の両方から化石が見つかっている。淡水生・海生のディロサウルス科(英語版)を除く4科については、すべてが淡水生・陸生であった。これらのワニを含む系統では、およそ50%がK-Pg境界を生き延びたが、大型の種は絶滅する傾向があった。これらの系統がK-Pg境界を生き延びることができたのは、水中生活と穴を掘る能力によって、環境変化の影響を緩和することができたからだと考えられている。
ジューヴ他(2008)によれば、現生のイリエワニのように、当時は海生の種でも幼生が淡水環境に住んでおり、他の海生爬虫類のように絶滅するのを免れることができた。淡水環境は海水環境よりも、K-Pg境界での環境変動の影響が少なかったとされている。
白亜紀にいた主要な哺乳類の系統は、単孔目(卵生哺乳類)、多丘歯目、後獣下綱、真獣下綱、ドリオレステス類(英語版)、ゴンドワナテリウム類(英語版)などを含め全てK-Pg境界を越えても生き残ったが、大きな損失を被った種もあった。特に、後獣類は北米からは完全に姿を消し、アジア地域のデルタテリディウム目(英語版)(デルタテリディウムなどを含む)はGurbanodeltaの系統を除き絶滅した。北アメリカのヘルクリーク累層では、知られている10種の多丘歯目・11種の後獣類のうち半分ほどが、K-Pg境界を越えると見つからなくなった。それでもヨーロッパや北アメリカの後獣下綱は比較的ダメージが少なく、暁新世に入ってすぐに回復したが、アジア地域の後獣下綱はより深刻で、この地域の哺乳類の動物相の主要な構成要因となることは二度となかった。最近の研究では、後獣類がK-Pg境界で最も甚大な影響を被り、次に多丘歯目が続き、真獣類が最も早く回復したとされている。
当時の海洋捕食者の頂点にいた海生爬虫類は、非主竜類の首長竜やモササウルスなどであるが、いずれも白亜紀末に絶滅した。なお魚竜については、大量絶滅が起こる前に化石記録から姿を消していた。
軟体動物の頭足綱では、オウムガイに代表されるオウムガイ亜綱と、既にイカ、タコ、コウイカのなかまに分化していた鞘形亜綱を除いて全ての種がK-Pg境界で絶滅した。当時の頭足類としてはベレムナイトやアンモナイトといった殻をもつグループが繫栄しており、これらは非常に多様化していただけでなく、個体数も多く世界中に広く分布し、生態的に重要なグループであったが、すべてが絶滅した。研究者によれば、生存したオウムガイ亜綱では大きな卵を少数産むという繁殖戦略をとっており、大量絶滅を乗り切ってアンモナイトに取って代わる上で大きく役立ったという。一方、アンモナイトは、多数の卵を産んでプランクトン型の幼生を経るという戦略をとっており、これが理由で大きな被害を受けたとされる。さらに、地球上からアンモナイトが完全に絶滅した後、オウムガイ亜綱の多様化が始まり、殻の形状や複雑さの点でアンモナイトに匹敵する進化を遂げたことが示されている。
棘皮動物では、K-Pg境界の前後でおよそ35%の属が絶滅した。内訳としては、白亜紀後期に低緯度海域の浅瀬に繫栄した分類群で絶滅率が最も高く、中緯度海域の深海環境に生息するものでははるかに影響が小さかった。絶滅のパターンからは、生息地の喪失があったことが指摘されており、特に当時の浅瀬にあった炭酸塩プラットフォームが沈降した影響が大きかったと考えられている。
そのほかにも、厚歯二枚貝や巨大な二枚貝のイノセラムスが絶滅した。