无脊椎动物中大量属种也是现生的。一些早第三纪特有的门类,最著名的如货币虫等，已完全灭绝。双壳类、腹足类和介形类大量衍生。海洋中各种原生动物，如有孔虫、放射虫等极为繁盛，在海相地层划分中起着非常重要的作用。哺乳动物中，欧亚大陆早第三纪的特征门类，如有袋类、肉齿类，奇蹄目中的雷兽、原始貘类、两栖犀、巨犀，偶蹄目中的石炭兽、古猪兽等，除少数残存至中新世初期外，均相继灭绝。代之而起的是长鼻目、肉食目中的鬣狗科、熊科、奇蹄目中的安琪马和三趾马，犀中的板齿犀、大唇犀，偶蹄目中的猪类，反刍动物中的鹿、羊、长颈鹿，以及啮齿目、兔形目中的大量属种。其中绝大部分都是灭绝的种和属。根据哺乳动物的状况，晚第三纪可划分为4个时期：早中新世是残存的和高度特化的早第三纪分子和少量晚第三纪分子的时期；中中新世，是安琪马动物群时期，此时长鼻目自非洲、安琪马自北美迁入欧亚形成一个全新的动物群；晚中新世至早上新世，为三趾马动物群时期，三趾马从北美迁入，大批草原型动物大量出现；晚上新世，真象从非洲，真马从北美迁入欧亚大陆形成另一个动物群，并逐步演化为今日之动物群。
非洲的动物群和欧亚大陆的很接近，只是某些类别的祖先类型（长鼻类、蹄兔类等）出现更早，而有些门类则延续时间更长（如肉齿类等）。北美和欧亚大陆只是间断联接，动物群差别较大，属不同动物区系。至于南美洲和大洋洲，差别就更大了。 （5百万年前）：出现最早的人类--南方古猿（Australopithecus）。
