新生代の陸生環境で最も華々しい出来事は、哺乳類の多様化と台頭です。 白亜紀後期には、下草に隠れて恐竜から身を隠して暮らしていたわずかな小さな哺乳類のグループが、急速に進化し、始新世初期には20以上の哺乳類の目が確立されました。 この適応放散現象は白亜紀末よりかなり前に始まっていたという証拠もあるが、種分化の速度は古新世と始新世で加速した。 暁新世の終わりには、動物群の大規模な入れ替え（絶滅と起源）が起こり、多くの古来のグループ（多節足動物、原始的なサイ、バクを含む）、ラクダやシカを含む偶蹄類、げっ歯類、ウサギ、コウモリ、長鼻類、霊長類などの基本的に現代的なグループに取って代わられました。
Courtesy of the American Museum of Natural History, New York
始新世には、これらのグループは広く分散し、おそらくユーラシア大陸から北アメリカへの北ルートを通って移動しました。 後期始新世では、地球の冷え込みが植生の変化を引き起こし、厚い熱帯雨林の地域がより開放的な森林や草原に変わり、ブロントテレスのような最後の原始的な草食動物の消滅を含む、別の進化のターンオーバーを引き起こしました。 漸新世以降の陸生哺乳類社会は、ウマ、サイ、カモシカ、シカ、ラクダ、ゾウ、ネコ、イヌなど、現在の哺乳類グループの代表者が中心となっていました。
Encyclopædia Britannica, Inc.より
これらのグループは、気候や植生の変化により、より広々とした草原の生息地ができた中新世に大きく進化しました。 草食哺乳類の多くは、葉の多い植物を食べるために低いクラウンの歯を持っていた原始的な形態から始まり、砂の多い草を食べるために特殊な歯を持ち、より効率的な捕食者から逃げたり走ったりするために長い手足を持つようになりました。 中新世末期には、現代の東アフリカのサバンナに類似した草原社会がほとんどの大陸で確立された。 後期中新世以降の陸生哺乳類の多くのグループの進化は、後期新生代の劇的な気候変動の影響を強く受けています。
Courtesy of the American Museum of Natural History, New York
ユーラシア大陸から北米大陸への哺乳類の移動
第三紀初期の哺乳類の急速な進化の多様化や放射化は、おそらく白亜紀末に起きた大量絶滅イベントによって爬虫類の競争相手がいなくなったことへの対応が主だったと考えられます。 しかし、その後の哺乳類の進化は、地質、地理、気候条件の変化に対応して起こったと考えられる。 例えば、始新世中期には、それ以前から存在していたチューラン・ランド・ブリッジが切断されたことにより、北米とヨーロッパの間で陸生哺乳類の直接移動が途絶えた。
初期の中新世には、ユーラシア大陸からの哺乳類の移住が相次ぎ、ベアードッグ（現代のイヌ科動物アンフィシオン属の初期の祖先）、ヨーロッパサイ、イタチなど、さまざまなシカ科の哺乳類が北アメリカにやってきました。 また、この時期にマストドンがアフリカの孤立した場所から脱出し、中新世の半ばには北米に到達した。 初期始新世には馬やげっ歯類が進化し、中期始新世には人型の霊長類が出現した。 現代のゾウの親戚であるマンモスやマストドンなどを含むアフリカの哺乳類がヨーロッパに移住したのは、約1800万年前（前期中新世）のことである。
南北アメリカの哺乳類の移動
鮮新世末期、中米の地峡にできた陸橋によって、オポッサム、ヤマアラシ、アルマジロ、地上ナマケモノなどが南米から移動してきて、アメリカ南部で生活していました。 しかし、典型的な北半球の動物たちはそれよりもはるかに多く南下し、南米固有の哺乳類のほとんどを絶滅させてしまった可能性があります。 北アメリカから侵入した動物には、イヌやオオカミ、アライグマ、ネコ、ウマ、バク、ラマ、ペッカリー、マストドンなどがいました。