В раннеэоценовую эпоху в Северном полушарии существовала засушливая аридная зона, которая выделяется по распространению соленосных и пестроцветных отложений в южных районах Казахстана, Киргизии, Монголии, а также центральных и южных районах Китая. Аналогичная зона, по-видимому, находилась и в Южном полушарии на юге Африки. Однако, тогда еще не было настоящих пустынь и аридные зоны напоминали африканскую саванну.
Во второй половине среднеэоценовой эпохи (49—40 миллионов лет назад) стало более отчетливо выражено разделение климатических зон, связанное с постепенным возрастанием температуры от полюса к экватору, а также произошло некоторое расширение засушливых зон обоих полушарий и сокращение зоны влажного тропического климата. В зоне умеренно-теплого и субтропического климата северного полушария, южная граница которой проходила примерно по Центральной Сибири и Камчатскому перешейку, стали произрастать дубовые, буковые и каштановые леса, а в ряде районов, которые предположительно находились на возвышенностях — сосна, ель, лиственница, береза, ольх, рододендрон и другие более холодолюбивые растения. Климат стал отличаться немного более жарким и сухим летом и более прохладной зимой, на которую приходились основные осадки. Примерно такая же картина отмечалась в южном полушарии на Огненной Земле и побережье Антарктиды.
Несмотря на это, средние годовые температуры продолжали оставаться высокими: +10 +15°С на Севере и + 5+10°С в Антарктиде.
Общая тенденция изменения климата в сторону смещения умеренно-теплой, субтропической и тропической климатических зон с севера на юг в Северном и с юга на север в Южном полушариях, увеличения разницы сезонных и суточных температур и падения зимних температур в средних и высоких широтах продолжалась и в позднеэоценовую эпоху (40—34 миллионов лет назад). Однако, и в это время на всей Земле было еще очень тепло, и даже в Арктике произрастал виноград.
Наиболее сильные изменения климата произошли на рубеже эоценовой и олигоценовой эпох, примерно 34 миллиона лет назад. В это время случилась еще одна глобальная катастрофа, о чем свидетельствуют обнаруженные Монтанари (1993) иридиевые аномалии, трапповый вулканизм, образование рифтовых долин и гор на границе эоценовой и олигоценовой эпох. В результате эоцен-олигоценовой катастрофы Антарктида отделилась от Южной Америки и на ней, по-видимому, началось оледенение>6.
Рубеж эоценовой и олигоценовой эпох — 34 миллионов лет назад — отмечен резким похолоданием климата, сопровождавшимся массовым вымиранием живых, главным образом, морских, организмов. Его иногда связывают со столкновением Земли с космическими телами, образовавшими кратеры Попигай (Сибирь, Россия) и Чесапик-Бей (США).
