始新世（Eocene、Epoch）Eocene之名，字源来自希腊文εω（eo，黎明）和καινος（caenos，新），指的是现代哺乳动物群开始出现。始新世常被划分成早期（距今5780万～5200万年）、中期（距今5200万～4360万年）和晚期（距今4360万～3660万年）。始新世早期最令人受到注意的是，原始的现代哺乳动物开始出现。始新世结束于一个被称作Grande Coupure（the "Great Break" in continuity）的生物大灭绝事件（extinction event），此一事件可能与一或数颗的大火流星（bolide）撞击西伯利亚及当今的契沙比克湾（Chesapeake Bay）相关。
由于地球地质历史现有记录中出现的一次最快、强度最大的全球变暖事件，被称为古新世-始新世极热事件（PETM或IETM）的发生，地球温度迅速升高，始新世就此开始。这次迅速而剧烈的升温（在高纬度地区温度上升了7°C之多）持续的时间少于10万年，但是导致了大量物种急剧灭绝，从而形成了古新世和始新世生态系统的分野。
始新世的全球气候可能是新生代中变化幅度最小的；从赤道到极地的气温变化幅度只有今天的一半，而深海洋流则异常温暖。极地地区比当今温暖得多，接近于现今西北太平洋的温度；温带森林已经扩展到了极地地区，同时多雨的热带气候区则延伸至北纬45°地区。温带地区的气候与当今相比大有不同，而热带地区的气候则可能接近于当今。不过在哥伦比亚发现的一种可能生活于始新世的巨蛇残骸（约有校车大小）表明，可能相反的，当时的热带比现今温暖的多[1] [2] ，这也与计算机模拟出的始新世气候相符[3] 。
尽管始新世的全球气候仍然比较温暖，但也正是在始新世后期，开始了全球变冷的缓慢趋势，这可能是由发生于北冰洋的绿萍事件以及在冈瓦纳古陆最终破碎之后形成的南极洲环流共同造成的。这种变冷趋势最终导致了更新世冰期的出现。
在始新世，各大洲继续飘移向它们当今所在的位置。
始新世初始，澳大利亚和南极洲仍然相连，同时温暖的赤道洋流汇入寒冷的南极水域，使得热量在全球范围内获得分配，从而保持全球的较高温度。但是在4500万年前，当澳大利亚从南方大陆中分裂出来时，温暖的赤道洋流开始偏离南极地区，在两块大陆之间形成了一个孤立的寒冷水道。南极地区持续变冷，南极水域开始结冻，并向北方输送冷水和海冰，使寒冷局势进一步加剧。
北方的超大陆——劳亚大陆也开始分裂，欧洲、格陵兰岛和北美洲相继从中分裂而出。
在北美洲西部，于始新世开始了造山运动，在平原的抬升过程中形成了诸多巨大的湖泊，并进而沉积形成了绿河岩层。