La Era Cenozoica o Terciaria empieza con esta época, llamada Paleoceno ("en el principio de los tiempos recientes"), que comenzó hace 65 millones de años y terminó hace 55 millones de años.
La extinción de los dinosaurios incidió en una gran diversidad de mamíferos en este período. Los principales fueron marsupiales, insectívoros, lémures, creodontos y animales ungulados primitivos, a partir de los cuales evolucionaron diversos grupos, como los caballos, los rinocerontes, los cerdos y los camellos.
Sin embargo, en 2002, los paleontólogos Zielinski y Budahn reportaron el descubrimiento de un hueso de la pierna de un Hadrosaurus, hallado en Sudamérica. El fósil fue datado a principios del paleoceno, aproximadamente hace 64.5 millones de años. Esto implicaría que algunos dinosaurios sobrevivieron a la extinción del Cretácico.
Los mamíferos predominantes del período eran asociados a grupos que estan ahora extintos. Estos incluian los carnívoros Creodonta y Condylarthtra , como en el Paleoceno Mediano del este de Europa, Ásia Oriental, y América del Norte.
Los Condylarthtras eran normalmente herbívoros , por ejemplo:
El Periptychus del Paleoceno inferior de América del Norte, que aparecieron primero en el Cretáceo Superior con la Protungulatum y los Pantodontes, como la Pantolambda, en el Paleoceno mediano de América del Norte.
Otros grupos del Paleoceno incluían los sobrevivientes del Cretáceo como los multituberculados, marsupiales, vários grupos de insectívoros, Plesiadapiformes, un grupo de animales que marcavan la trancicion entre insectívoros e primates.
Otros mamíferos de Paleoceno incluían dos grupos de grandes herbívoros de la época, los Tillodontes y el Tainodontes, el último inclullo el Psittacotherium .