Perioda nosaukumu 1866. gadā sāka lietot vācu ģeologs Karls Naumans (Carl Friedrich Naumann) pretstatā neogēna periodam: Vācijā un citur paleogēna un neogēna nogulumos sastopamās fosilo zīdītāju sugas krasi atšķiras. Līdz tam un arī vēlāk kainozoja eratēmas apakšējo daļu dēvēja par terciāru; tikai 1881. gadā Starptautiskajā ģeoloģijas kongresā (The International Geological Congress) Boloņā pieņēma kainozoja ēras dalījumu trīs periodos: paleogēnā, neogēnā un kvartārā.

Paleogēna periodā turpinājās Pangejas dižkontinenta sabrukšana: Atlantijas un Indijas okeāni paplašinājās pa dažiem centimetriem ik gadu. Āfrikas un Indijas paleokontinenti virzījās uz ziemeļiem, pretī sadursmei ar Eiropu un Āziju; sāka celties Alpu un Himalaju kalni. Klusajā okeānā izveidojās plašas subdukcijas zonas ar dziļvagām un vulkāniem, kas veido t. s. Klusā okeāna uguns loku. Jūrās un okeānos, kā arī sauszemē pastāvēja daudzveidīgi nogulu uzkrāšanās apstākļi; paleogēna nogulumi plaši izplatīti mūsdienu okeānu gultnē, kā arī gar kontinentu malām, dažkārt visai tālu no mūsdienu krastiem. Paleogēna nogulumiem, salīdzinot ar mezozoja iežiem, raksturīga kopumā zemāka konsolidācijas pakāpe, jo tos pārklāj samērā plāna neogēna un kvartāra nogulumu sega; vietām paleogēna sistēmā ir daudz nekonsolidēto nogulumu. Pēc masveida izmiršanas krīta beigās organismu daudzveidības pieauguma tempi paleogēnā sākuma bija zemi, vēlāk tie pieauga. Paleogēnā pēc dinozauru un citu lielo rāpuļu izmiršanas sauszemē dominēja zīdītāji; perioda beigās izcēlās lielākā mūsdienu zīdītāju kārtu daļa. Paleogēnā radās zālaugi un perioda beigās sāka veidoties atklātie biotopi. Fanerozoja eonotēmas kainozoja eratēmas paleogēna sistēmu ģeoloģiskajās kartēs un shēmās apzīmē ar simbolu ₽ (lielais P, apakšā pārsvītrots) vai Pg, un iezīmē blāvi oranžā krāsā.

Paleogēns ir garākais fanerozoja eonas kainozoja ēras periods, tas ilga 42,97 miljonus gadu; tas ir Zemes vēstures posms, kas sākās pirms 66 miljoniem gadu pēc mezozoja ēras krīta perioda, un beidzās pirms 23,03 miljoniem gadu, kad to nomainīja kainozoja ēras neogēna periods. Paleogēna periodam kā ģeohronoloģiskai jeb laika vienībai atbilst hronostratigrāfiska vienība – paleogēna sistēma, kas sastāv no visiem nogulumu un magmatiskiem iežiem, kas izveidojās paleogēna periodā. Paleogēna sistēmas apakšējo robežu nosaka irīdija ģeoķīmiskā anomālija, kas sakrīt ar organismu masveida izmiršanas epizodi krīta beigās; robežas tipiskais griezums atrodas Tunisijā. Paleogēna sistēmas augšējo robežu nosaka pēc noteiktas planktona foraminīferu sugas un nanoplanktona organismu sugas parādīšanās, skābekļa izotopu notikuma un magnētiskās polaritātes zonas pamatnes. Paleogēna sistēmas iedalījums ir trīsdaļīgs; periodu dala trīs epohās un attiecīgi sistēmu dala trīs nodaļās: paleocēnā, eocēnā un oligocēnā. Baltijas valstu teritorijā starp krīta un paleogēna nogulumiem ir novērojams pārtraukums, paleogēna griezums nav pilnīgs, turklāt paleogēna nogulumi izplatīti tikai Lietuvas dienvidos.

Paleogēna periodā turpinājās Pangejas sabrukšana: sākās 4. stadija, kas noslēdzās ar Pangejas galīgo sadalīšanos mūsdienu kontinentos. Pasaules okeāna līmenis nedaudz samazinājās, bet ar to pietika, lai Ziemeļamerikā izzustu plašā un seklā jūra starp austrumu un rietumu Amerikas daļu; tāpat regresijas pēdas var manīt Āfrikas ziemeļos un Austrālijā. Ziemeļatlantijas rifts iesniedzās tālu uz ziemeļiem un paleocēna beigās–eocēna sākumā, pirms 55–50 miljoniem gadu, atdalīja Ziemeļameriku no Eirāzijas rietumu daļas. Par to liecina ļoti līdzīgas paleocēna–eocēna zīdītāju faunas Ziemeļamerikā un Eiropā; savukārt Eiropas un Āzijas (īpaši Sibīrijas) faunas bija atšķirīgas, jo Āzijā ilgstoši pastāvēja epikontinentālā jūra, kas savienoja Tetisa okeānu dienvidos ar Boreālo okeānu (mūsdienu Ziemeļu ledus okeāna vietā) ziemeļos, veidojot barjeru sauszemes dzīvnieku izplatībai. Pretēji tam, starp Ziemeļameriku un Āziju bieži vien pastāvēja sauszemes apgabals, t. s. Beringijas tilts tagadējās Aļaskas un Čukotkas pussalas vietā. Starp Ziemeļameriku un Grenlandi kā Ziemeļatlantijas rifta atzars izveidojās Labradora jūra; mūsdienās šis rifta atzars vairs nav aktīvs.

Paleogēna sākumā bijušās Pangejas austrumu daļā Austrālija vēl bija savienota ar Antarktīdu, Indija atradās tālu no Āzijas, un mūsdienu milzīgā Alpu–Himalaju kalnu grēda vēl tikai sāka veidoties. Eocēna vidū, pirms 45 miljoniem gadu, Indija un Austrālija atdalījās no Antarktīdas. Paleogēnā Āfrikas plātne lēnām, bet Indija strauji pārvietojās uz ziemeļiem un sadūrās ar Eirāziju. Tētisa okeāns, kas pastāvēja kopš triasa sākuma un visas mezozoja ēras garumā šķīra dienvidu (Gondvanas) kontinentus no ziemeļu puslodes plātnēm, paleogēnā aizvērās, kad plātņu tektonisko kustību dēļ Āfrikas-Arābijas plātne nonāca kontaktā ar Eiropas plātni, bet Indija sadūrās ar Āziju. Tur, kur reiz pletās Tētisa okeāns, sāka celties Alpi un Himalaji; sākās Alpīnais oroģenēzes cikls, kas joprojām turpinās. Oligocēnā, pirms 30 miljoniem gadu izveidojās rifts, kas atdala Arābijas pussalu no Āfrikas; mūsdienās tajā atrodas Sarkanā jūra. Starp Āfrikas un Eiropas plātnēm atradās virkne mikroplātņu: Apūlijas, Adrijas u. c. Kolīzijas rezultātā izveidojās grandiozā Alpu–Himalaju kroku josla, kas stiepjas vairāk nekā 17 000 km garumā no Marokas rietumos līdz Jaungvinejai austrumos. Šie kalni ir Alpīnās oroģenēzes rezultāts, lielākoties tie robežojas ar Kimerijas oroģenēzē (sākās triasā) krokotiem veidojumiem. Kalnu celšanās epizodes dažādās vietās nebija vienlaicīgas, un krokošanās turpinās vēl mūsdienās, par ko liecina zemestrīces dažādās šīs grandiozās joslas vietās. Piemēram, Atlasa kalni un Pireneji cēlās paleogēna sākumā, Alpi – paleogēna beigās–neogēnā, bet Himalaji – neogēnā un turpina celties mūsdienās.

Tālāk uz dienvidiem risinājās Zemes klimatam nozīmīgs notikums – Austrālijas–Antarktīdas sadalīšanās: eocēnā šīs plātnes atdalījās, Antarktīda nonāca dienvidpolā un tur sākās ledāju veidošanās. Rezultātā oligocēnā globālais klimats kļuva vēsāks, pasaules okeāna līmenis pazeminājās vēl vairāk, izmira vairākas jūras bezmugurkaulnieku un foraminīferu sugas, kā arī notika pārmaiņas florā.

Klusā okeāna teritorijas austrumu daļā atradās vairākas nelielas plātnes, kas bija veidotas tikai no okeāniskā tipa (bazaltu) garozas. Atlantijas okeāna paplašināšanās dēļ abas Amerikas dreifēja uz rietumiem, attiecīgi nelielās un vēsās okeāniskā tipa garozas plātnes grima zem Amerikas kontinentiem un to rietumos visas kainozoja ēras garumā cēlās Andu un Kordiljēru kalni.

Klimats paleogēnā bija mainīgs, bet kopumā siltāks nekā mūsdienās. Pēc tam, kad krīta beigās notika Zemes sadursme ar asteroīdu, paleocēna sākumā uz ļoti īsu laiku klimats palika ļoti auksts, bet drīz tas atkal kļuva samērā silts. Toties paleocēna beigās vai eocēna sākumā, pirms aptuveni 55,5 miljoniem gadu, globālā vidējā temperatūra palielinājās par 5 līdz 8 °C, un šādas augstas temperatūras apstākļi saglabājās apmēram 200 000 gadu garumā. Šo notikumu parasti dēvē par paleocēna–eocēna termālo maksimumu (PETM). Temperatūras celšanās saistīta ar vulkānu pastiprinātu darbību un lielo daudzumu ogļskābās gāzes, kas nonāca atmosfērā Ziemeļatlantijas magmatiskajā provincē. Vienlaicīgi pieauga arī iztvaikošana no okeāniem un nokrišņu daudzums virs kontinentiem. Salīdzinot ar citiem periodiem un epohām, daudz vairāk nokrišņu nonāca polāros apgabalos, kur paleocēna beigās un eocēnā izplatījās subtropiskie meži, bet tropiskie meži aizņēma ļoti lielas platības; piemēram, Vācijas dienviddaļā Mēseles apkārtnē auga tropiskie lietus meži. Boreālajā (ziemeļu) okeānā, kas bija nošķirts no pārējiem okeāniem, nokrišņu dēļ pieauga saldūdens apjoms. Savukārt citu okeānu dzīlēs samazinājās skābekļa saturs un vietām, piemēram, Atlantijas okeāna ziemeļdaļā, iestājās anoksijas (bezskābekļa vides) apstākļi, kuros gultnes dzīvnieki nespēja dzīvot. Pateicoties ūdens termiskai paplašināšanai, pasaules okeāna līmenis nedaudz palielinājās; turklāt nekur nepastāvēja kontinentālie apledojumi, kas citos laikos mēdza saturēt lielu ūdens apjomu ledus veidā.

Pēc paleocēna–eocēna termālā maksimuma temperatūra tikai nedaudz pazeminājās, bet tad sākās temperatūras palielināšanās, līdz apmēram pirms 49 miljoniem gadu iestājās karsta un mitra klimata t. s. eocēna optimuma epizode – vissiltākā klimata epizode visā kainozoja ērā. Tajā laikā uz Zemes praktiski vairs nekur nebija ledus, pastāvēja ļoti maza kontrasta klimats ar nelielām temperatūras atšķirībām pie ekvatora un poliem. Ogļskābās gāzes saturs atmosfērā bija vismaz divreiz lielāks nekā mūsdienās (pēc citām aplēsēm – pat līdz 5 reizēm lielāks). Drīz pēc tam globālā temperatūra sāka samazināties, un pirms aptuveni 42 miljoniem gadu Zemes klimats no siltumnīcas tipa pārveidojās par leduspagraba tipa klimatu, ko galvenokārt noteica Austrālijas un Antarktīdas atdalīšanās. Klimata pavēsināšanās turpinājās līdz laikam, kas bija tuvu eocēna–oligocēna robežai. Antarktīdā sākās strauja ledus cepures veidošanās un pēc Dreika šauruma, kas atdala Antarktīdu no Dienvidamerikas, atvēršanās ap Antarktīdu izveidojās cirkumantarktiskā straume, kas pastiprināja kontinenta izolāciju no siltiem okeānu virsējiem ūdeņiem.

Oligocēna sākumā, pirms aptuveni 33 miljoniem gadu, iestājās visai vēss klimats. Antarktīdas ledāji sasniedza maksimālo platību, bet to malas – okeāna krastus. Samazinājās pasaules okeāna līmenis, iztvaikošana un nokrišņu daudzums. Kontinentu iekšienē klimats kļuva sausāks, piemēram, Tibetas plato izzuda ezeri, sausāki apstākļi iestājās arī Ziemeļamerikā un Eiropā. Tomēr pašās oligocēna beigās klimats nedaudz pasiltinājās.

Paleogēna nogulumi ir ļoti atšķirīgi dažādās vietās, tāpēc ir ļoti grūti raksturot tos kopumā. Viena no kopīgām īpatnībām ir samērā zema nogulumu konsolidācijas pakāpe, kas gan mēdz stipri mainīties atkarībā no iežu sastāva. Starp paleogēna derīgajiem izrakteņiem īpaši nozīmīgas ir paleocēna un eocēna ogļu un gāzes, kā arī fosfātu (frankolīta) iegulas. Lietuvas dienvidos ir sastopami paleocēna un vidējā–augšējā eocēna smilšaini mālainie nogulumi, kas satur fosforītus un glaukonītu, bet Sambijas pussalā (Kaļiņingradas apgabalā) izplatīti mālaini aleirītiskie nogulumi, t. s. zilā zeme, kas lielā daudzumā satur Baltijas dzintaru.

Krīta beigās masveida izmiršanas epizodē atbrīvojās vairākas ekoloģiskās nišas, bet tikai daļa no tām ātri aizpildījās paleogēna sākumā; kādreizējā bioloģiskā daudzveidība paleocēnā vēl nebija atjaunojusies. Paleocēna pašā sākumā pēc augu izmiršanas krīta beigās sauszemes florā bija plaši izplatītas īstās papardes. Papardes bieži vien ir pirmie augi, kas kolonizē teritorijas pēc katastrofiskiem mežu ugunsgrēkiem. Vēlāk silta un mitra klimata apstākļos samērā ātri atjaunojās meži, kurus veidoja skujkoki un segsēkļu platlapju koki. Augēdāju dinozauru izmiršana veicināja blīvāku mežaudžu veidošanos, un paleocēnā nebija plašu atklāto biotopu. Tropiskie un subtropiskie meži klāja gandrīz visu Zemi, tomēr augu bioloģiskā daudzveidība bija samērā zema, līdz pat paleocēna beigām tā nesasniedza krīta sugu dažādību. Piemēram, ziemeļu puslodes mežos dominēja 8–10 ģinšu pārstāvji, piemēram, ginki (Ginkgo), metasekvojas (Metasequoia), kārijas jeb hikoriji (Carya), katsuras (Cercidiphyllum), platānas (Platanus) un citas (Ampelopsis, Glyptostrobus), kas eksistē arī mūsdienās, un dažas izmirušās formas (Macginitiea). Paleocēna vidū pieauga ziedaugu sugu nozīme. Paleocēna beigās siltā klimata dēļ meži izplatījās arī polārajos apgabalos; ziemeļos tie auga Aļaskā, Arktiskajā Kanādā, Špicbergenā, kur dominēja segsēkļu koki; ap dienvidu polu Antarktīdā attīstījās endēmiskas augu grupas, savdabīgie mūžzaļie segsēkļu platlapju koki un skujkoki. Eocēnā visu Zemi, ieskaitot polāros apgabalus, klāja meži. Tropiskie meži bija izplatīti mūsdienu Āfrikas, Indijas, Dienvidaustrumu Āzijas un Ķīnas, Dienvidamerikas un Centrālamerikas lielākajā daļā. Subtropiskie meži pletās Eiropā, Sibīrijā un Ziemeļamerikā, bet augstajos platuma grādos tos nomainīja mūžzaļie platlapji un lapkritu platlapji. Subtropisko un pat tropisko augu atliekas ir atrastas Grenlandē un Aļaskā, kur augušas pat palmas. Eocēna vidū, klimatam pavēsinoties, mežu blīvums samazinājās. Austrumeiropas platformas rietumu daļā, uz dienvidiem no Baltijas jūras auga mērenās joslas meži, kuros dominēja skujkoki; to fosilizētie sveķi pazīstami kā Baltijas dzintars. Tas veidojās eocēna vidū–beigās, laikā pirms 47 līdz apmēram 35 miljoniem gadu. Eocēna beigās sausākā klimatā ap upēm un ezeriem vietām parādījās atklātie biotopi. Tajā laikā tādi atklātie biotopi kā stepes un savannas vēl nebija raksturīgi. Klimatam pavēsinoties, lapkritu koki sāka izspiest tropiskos mūžzaļos kokaugus; eocēna beigās Ziemeļu puslodes lielāko daļu klāja lapkritu meži, bet tropiskie lietus meži saglabājās ekvatoriālajā Dienvidamerikā, Āfrikā, Austrālijā un Indijā. Antarktīdā eocēna sākumā vēl eksistēja mērenās joslas un subtropiskie meži, tos pakāpeniski nomainīja skujkoku taiga. Eocēna beigās–oligocēna sākumā siltummīļi Antarktīdā izmira, tos nomainīja lapkritu un skujkoku meži gar kontinenta malām un plaša tundra gar ledāja malām. Oligocēnā ledāja aizņemtās platības pieauga, tāpēc Antarktīdā mežus visur aizvietoja tundra. Citur kailsēkļus pakāpeniski nomainīja aizvien daudzveidīgākie segsēkļi, kas veidoja mērena klimata mežus. Ziemeļu puslodē tajos bija plaši izplatīti dižskābarži un skābarži, ozoli, rožu dzimtas augi un priedes. Oligocēnā pieauga atklāto biotopu nozīme, kuros dominēja zālaugi; vietām biezos mežus nomainīja krūmāji, citur izveidojās tuksneši. 

Sauszemes faunas paleogēnā piedzīvoja būtiskas pārmaiņas. Planktona organismi īpaši smagi cieta krīta beigu masveida izmiršanā, un planktona ekosistēmas atradās tuvu sabrukumam: izmira vairāk nekā 90 % sugu ar kalcija karbonāta skeletiem. Tomēr aļģes un citi planktona organismi samērā ātri atjaunojās, par ko liecina liela izmēra zivju rašanās paleogēna jūrās. Pretēji planktona organismiem, pie gultnes eksistējošo dzīvnieku – bezmugurkaulnieku – daudzveidība atjaunojās tikai pēc 7 miljoniem gadu pēc krīta–paleogēna robežas. Vēlajā paleocēnā radās īpatnējie jūras eži ar plakanām bruņām, t. s. smilšu dolāri (sand dollars), kas spēj ļoti ātri ierakties smilšainajā gultnē. Koraļļu rifi atjaunojās nedaudz vēlāk, apmēram 8 miljonus gadu pēc izmiršanas, tomēr paleocēnā pastāvēja tikai nelielas atsevišķas kolonijas; eocēnā koraļļu rifi ātri progresēja, pieauga gan sešstarkoraļļu biomasa un aizņemtās platības, gan sugu skaits. Līdzās koraļļiem biezas audzes veidoja sārtaļģes un zaļaļģes, kuru lapoņi parasti viegli pārkaļķojas un to atliekas veido īpatnējus porainus kaļķakmeņus.

Eocēna jūras bezmugurkaulnieku fauna kļuva samērā līdzīga tai, kas sastopama mūsdienās, tomēr ir vērojamas būtiskas atšķirības sugu izplatībā: siltummīļu formas bija izplatītas attiecīgi tālāk uz ziemeļiem un dienvidiem no ekvatora. Oligocēnā daudzas siltummīļu gliemju un adatādaiņu formas vai nu atkāpās līdz ekvatoram, vai arī izmira; daudz sugu pārcēlās no polāriem apgabaliem uz mērenās joslas jūrām.

Paleogēna jūrās pirmo reizi Zemes vēsturē parādījās zīdītāji: vaļveidīgie, kas radās eocēnā, bet pašās epohas beigās arī jūras govis – mūsdienu lamantīnu un jūrasgovju senči. Oligocēnā no primitīviem zobainiem vaļiem (Archaeocetes) izcēlās mūsdienu zobainie vaļi (kašaloti, zobenvaļi un delfīni) un bezzobu vaļi (zilais valis, kuprītis un citi). Radās īpatnējā jūras zīdītāju grupa – desmostilīdi, kas izmira miocēna beigās. Pašās oligocēna beigās no ūdru radiniekiem izcēlās roņu senči.

Sauszemē paleocēnā mita galvenokārt tās pašas kukaiņu un zirnekļu grupas, kas raksturīgas mūsdienām, bet sugu sastāvs būtiski nomainījās. Salīdzinot ar krīta kukaiņu faunu, paleocēnā sugu daudzveidība bija krietni mazāka, ko noteica gan augu un kukaiņu masveida izmiršana krīta beigās, gan kukaiņu saglabāšanai labvēlīgo nogulumu retums. Atzīmējami gigantisko skudru, nakts tauriņu un pirmo dienas tauriņu atradumi Dānijā. Eocēnā kukaiņu sugu skaits palielinājās, un it īpaši daudz fosilo kukaiņu ir zināms no Baltijas dzintara, Parīzes baseina dzintara, Dānijas mālainiem diatomītiem un Lielbritānijas mālainiem kaļķakmeņiem. Interesanti, ka lielākā daļa eocēna kukaiņu pieder ģintīm, kas eksistē arī mūsdienās, bet to areāli ir stipri mainījušies – kopš eocēna areāli ir pārvietojušies ekvatora virzienā. Baltijas dzintars glabā visvairāk eocēna un oligocēna kukaiņu atlieku – gan sugu, gan paraugu. Īpaši daudzveidīgas ir mušu, odu, tauriņu sugas, bet dzintars satur arī bišu, skudru un termītu, kā arī daudz dažādu citu kukaiņu un citu posmkāju atliekas. Dzintarā atrastas vairāk nekā 30 bišu sugas, kas gan galvenokārt pieder izmirušajām sugām un ģintīm. Oligocēna kukaiņu sugas (pārsvarā izmirušās) lielākoties pieder mūsdienu ģintīm. Bagātīgas oligocēna kukaiņu faunas atklātas Amerikas Savienoto Valstu (ASV) Montānas pavalstī, kur tās saglabājušās kaļķakmenī, un Meksikas dzintarā.

Pēc dinozauru un citu lielo rāpuļu izmiršanas krīta beigās, kad izmira visi par 25 kg smagāki dzīvnieki, sauszeme neapšaubāmi piederēja zīdītājiem un putniem. Paleocēna zīdītāji galvenokārt bija samērā neliela izmēra, tāpēc to kauli slikti saglabājās un par paleocēna zīdītājiem ir iespējams spriest lielākoties pēc to zobiem. Agrajā paleocēnā savu daudzveidības maksimumu sasniedza daudzpaugurzobji – pilnīgi izmirušo zīdītāju grupa, kas dominēja starp zīdītājiem mezozojā un kas nav cieši radniecīga ar mūsdienu zīdītāju grupām. Daudzpaugurzobji kopumā atgādināja grauzējus, tomēr bija ekoloģiski daudzveidīgi; to sugu skaits samazinājās paleocēna beigās un tie pilnībā izmira eocēna beigās, iespējams, konkurences cīņā ar tādiem nesenas izcelsmes dzīvniekiem kā grauzējiem. Starp paleocēna zīdītāju atliekām atrod kloākaiņu, somaiņu un primitīvo placentāļu fosilijas. Tajā laikā radās dažas mūsdienu placentāļu zīdītāju formas – afrotēriji, nepilnzobji, grauzēji, primātu senču kārta Plesiadapiformes, senākie plēsēji, iespējamie nepārnadžu senči (dzimta Phenacodontidae). Tomēr lielākā daļa piederēja īpatnējām, tikai paleocēnam raksturīgām kārtām: dinocerātiem (Dinocerata), pantodontiem (Pantodonta), teniodontiem (Taeniodonta), tilodontiem (Tillodonta) un citām. Tās apvienoja liela izmēra augēdājus, no kuriem liela daļa pārtika no augļiem, ogām un lielām sulīgām lapām. Sugu skaita ziņā paleocēna zīdītāju lielākā kārta ir kondilartri (Condylarthra), pie kuras piederēja gan augēdāji, gan plēsēji.

Strauju evolūciju un daudzveidības pieaugumu paleocēnā piedzīvoja putni. Jau 4 miljonus gadu pēc krīta beigām, pateicoties dinozauru izzušanai un segsēkļu daudzveidībai, parādījās praktiski visas mūsdienu putnu kārtas, atskaitot lielos nelidojošos putnus (emu, nandu, strausi, kivi un to radiniekus), vistveidīgos un zosveidīgos, kas izcēlās jau krītā. Eiropā atrastas līdz 2 m augsta un masīva augēdāja putna Gastornis atliekas, kam paleocēnā šajā salu kontinentā nebija konkurentu starp zīdītājiem.

Eocēnā izcēlās lielākā daļa mūsdienu zīdītāju kārtu. Parādījās nepārnadži, pārnadži, primāti, sikspārņu un snuķaiņu arhaiskās formas. Eocēna zīdītāji–jaunpienācēji bija mazāki un slaidāki nekā paleocēna zīdītāji, lielākā daļa svēra mazāk par 10 kg. Iespējams, to var skaidrot ar eocēna pārāk karsto klimatu, kurā mazāka izmēra dzīvniekiem ir vieglāk saglabāt pastāvīgu ķermeņa temperatūru. Seno, paleocēna zīdītāju kārtas pakāpeniski izmira. Eocēna putnu faunā bija vairākas savdabīgas grupas, kas virspusēji līdzīgas mūsdienu putnu grupām. Starp papagaiļiem bija vairākas plēsoņu sugas; izplatījās liela auguma augēdāji Gastornis un dažas citas formas; sastopamas piekūnu, svīru, dzērvjveidīgo, vistveidīgo un primitīvo pingvīnu fosilijas.

Oligocēnā izcēlās lielākā daļa mūsdienu zīdītāju dzimtu. Starp jaunām nagaiņu formām bija primitīvi zirgi ar trīs pirkstu ekstremitātēm un degunradži no nepārnadžiem, kamieļi, brieži un pekari no pārnadžiem. Primitīvus plēsējus no kreodontu kārtas sāka izspiest plēsēju kārtas pārstāvji – caunas, jenoti, nimravīdi (kaķu senči), lāči un suņi. Daudzveidības “sprādzienu” piedzīvoja grauzēji un zaķveidīgie, jo atklāto biotopu platību pieaugums veicināja sēklēdāju zīdītāju sekmes. Savukārt grauzēji, piemēram, vāveres un citi, kas pārtiek no augļiem un riekstiem, kā arī primāti atkāpās uz tropiskiem mežiem un to sugu skaits samazinājās. Zirgiem, kamieļiem, entelodontiem un degunradžiem raksturīga bija ne tikai izmēru palielināšanās, bet arī pielāgošanās ātrai skriešanai atklātos biotopos, kā arī mainījās zobu sistēma, saistībā ar pāreju no mīkstās barības uz cieto – bieži vien ar putekļiem klātās zāles ēšanu. Izmira vairāki senāko grupu pārstāvji – lielie brontotēriji, daudzpaugurzobji, kreodonti. Pieaugot Austrālijas un Dienvidamerikas izolācijai no citiem kontinentiem, zīdītāju fauna šajos kontinentos attīstījās citādi nekā citviet. Austrālijā turpināja evolucionēt somaiņi un nedaudzie kloākaiņi – mūsdienu ehidnas un pīļknābja radinieki, bet Dienvidamerikā līdzās nedaudziem somaiņiem uzplauka savdabīgu nagaiņu grupas: degunradžiem ārēji līdzīgie astrapotēriji (Astrapotheria kārtas pārstāvji), vidēji lielie līdz ļoti lielie, ar garām kājām, ātri skrienošie litopterni un tiem cieši radniecīgie notoungulāti (morfoloģiski daudzveidīgie nagaiņi, izmēros no zaķa līdz degunradzim), un mastodontiem līdzīgie pirotēriji. Uz relatīvi nelielu laiku izolācijā nonāca Āfrika, kur turpināja eksistēt īpatnējie arsinoitēriji (ģints Arsinoitherium), kas ārēji nedaudz atgādina degunradžus ar pāra ragiem deguna galā, bet ir attāli radniecīgi ar snuķaiņiem, ziloņu radinieki mastodonti, klinšu damani un citas eksotiskas grupas. Eiropā oligocēnā strauji pieauga zīdītāju daudzveidība, starp tiem radās arī īsti giganti – bezragu degunradži indrikotēriji. Daži sasniedza 6 m augstumu un svēra līdz 20 tonnām, tādējādi kļūdami par visu laiku lielākiem zīdītājiem uz Zemes. Eirāzijā oligocēna vidū attīstījās primitīvie brieži, cūkas, vērši un žirafes, bet Āzijā augšējā oligocēna nogulumos atrastas pirmā kaķu dzimtas pārstāvja Proailurus atliekas; vēlāk šī ģints izplatījās arī Eiropā.

Oligocēna un miocēna, attiecīgi paleogēna un neogēna robeža nav saistīta ar viegli pamanāmām globālām katastrofām vai notikumiem, piemēram, kā krīta un paleogēna robeža, bet sakrīt ar reģionālām robežām starp siltākā klimatā veidotiem oligocēna nogulumiem un vēsākā klimatā indikatoriem miocēna nogulumos. 

Paleogēna periods tiek mazāk atspoguļots mākslinieku animālistu – gleznotāju, zīmētāju, grafiķu, tēlnieku u. c., kas attēlo dzīvniekus, – darbos. Animālisti attēlo gan senos dzīvniekus, gan citus organismus grāmatu ilustrācijās un muzeju ekspozīcijās, kā arī to veidotās rekonstrukcijas tiek izmantotas televīzijas raidījumos. Salīdzinot ar citām sistēmām, paleogēna iežu atsegumi un fosiliju atradnes veido nelielu ģeoloģiskā mantojuma daļu, tomēr arī šādās vietās tiek organizēti ģeoparki, rezervāti un ģeoloģiski ģeomorfoloģiskie dabas pieminekļi. Paleogēna ieži un tajos atrodamās fosilijas ir sastopami visos kontinentos, kā īpaši nozīmīga ir zināma Furas svīta (Fur) Dānijā ar bagātīgām vēlā paleocēna–agrā eocēna fosilijām; Mēsele Vācijā un Bolcas kalns Itālijā ar īpaši labas saglabātības eocēna mugurkaulnieku un citu organismu atliekām; Kasrelsaghas svīta (Qasr el Sagha) Vadialhitanā (Wadi Al-Hitan) Ēģiptē, pazīstama kā “vaļu ieleja”; Fosilbjūtas Nacionālais piemineklis (Fossil Butte National Monument) Jūtā, Kolorādo un Vaiomingā ar daudzveidīgām ezeru un tuvākās apkārtnes dzīvnieku (zivju, krokodilu, bruņurupuču) un augu atliekām, kā arī vairākas citas vietas ASV; Mandlas fosilo augu nacionālais parks (Mandla Plant Fossils National Park; Ghughua Fossil Park) Madhja Pradešas pavalstī Indijā. Bagātīgas paleogēna fosiliju atradnes ir zināmas Āfrikā (Ēģipte, Nigērija), Antarktīdā (Seimūra sala), vairākās Austrālijas pavalstīs, Āzijā (Indija, Japāna, Kazahstāna, Ķīna, Mongolija, Pakistāna), Eiropā (Beļģija, Dānija, Francija, Itālija, Lielbritānija, Rumānija, Vācija,), Dienvidamerikā (Argentīna, Brazīlija, Čīle) un it īpaši daudz Ziemeļamerikā (ASV: Dienviddakota un Ziemeļdakota, Jūta, Karolīna, Kolorādo, Oregona, Vaiominga, Vašingtona, Virdžīnija; Kanāda: Britu Kolumbija).