Durante esta época se formaron algunas de las cordilleras más significativas del mundo, como los Alpes o el Himalaya, y acontecieron varios cambios climáticos importantes: el máximo térmico del Paleoceno-Eoceno, que aumentó la temperatura del planeta y delimita el inicio de esta época geológica; y el evento Azolla, un enfriamiento global que daría paso a las primeras glaciaciones. La extinción masiva Grande Coupure marca el fin del Eoceno.
Las aves predominaban sobre los demás seres, y los primeros cetáceos comenzaron su desarrollo. Además, la especie de serpiente más grande que ha existido data del Eoceno, y se produjo una gran expansión y diversificación de las hormigas.
La Antártida comenzó la época rodeada de bosques tropicales, y lo finalizó con la aparición de los primeros casquetes polares. Existen multitud de yacimientos paleontológicos en diversos lugares del mundo que confirman estos hechos, como el sitio fosilífero de Messel, en Alemania, o la Formación Green River, en Norteamérica.
El nombre de Eoceno, definido por el británico Charles Lyell, proviene de las palabras griegas eos (ἠώς, 'alba') y kainos (καινός, 'nuevo'), haciendo referencia a la aparición de los órdenes modernos de mamíferos durante esta época.
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