Život v oceánech
Námořní vyhynutí a zotavení
V mořích vyniká několik významných terciárních biotických událostí. Hlavní vyhynulá událost na hranici mezozoické a cenozoické éry před 66 miliony let ovlivnila nejen dinosaury pozemského prostředí, ale také velké mořské plazy, mořské bezobratlé fauny (rudisty, belemnity, amonity, mlčky), planktonické protozoany (foraminiferans) a fytoplankton. Obnovení biologické rozmanitosti po této události trvalo v závislosti na skupině stovky tisíc až miliony let. Na hranici mezi paleocenem a eocenem 30 až 50 procent všech druhů hlubinných bentických foraminiferanů zaniklo v náhlé události spojené s oteplováním hlubinných oceánů. Dnešní fauna hlubokých studených oceánů (tzv. Psychrosféra) se vyvinula v poslední části Eocene asi před 35 miliony let. To bylo doprovázeno výrazným ochlazováním hlubinných oceánských hlubin přibližně 3–5 ° C (5,4–9 ° F). Přechod mezi eocenem a oligocenem byl také poznamenán několika zánikovými událostmi mezi mořskými faunami. Uzavření námořní cesty Tethys na konci raného miocénu před asi 15 miliony let vedlo ke zmizení mnoha větších tropických foraminiferanů zvaných nummulitidy (velké foraminiferans ve tvaru čočky), jejichž lokalita se pohybovala od Indonésie po Španělsko a až na sever od Paříže a Londýn. Ačkoli potomci nummulitidů lze dnes najít v indo-tichomořském regionu, vykazují mnohem menší rozmanitost.
Námořní fauny východního Pacifiku a západního Atlantiku byly podobné v celé třetihorách až před asi 3–5,5 miliony let. Povýšení středoamerického isthmu v té době vytvořilo pozemní bariéru mezi dvěma regiony, která během terciéru vedla k izolaci jedné fauny od druhé a k diferenciaci (tj. „Provincializaci“) mezi skupinami. Kromě toho přítomnost isthmuzu mohla vést k změnám životního prostředí v západním Atlantiku, které způsobily vysokou míru vyhynutí starých druhů a vznik nových.
Záření bezobratlých
V oceánech pokračovaly evoluční vzorce, které začaly v období křídy, a v některých případech během terciárního zrychlení. Patří k nim evoluční záření krabů, kostnatých ryb, hlemýžďů a škeblí. Zvýšení predace mohlo být v této době důležitou hnací silou vývoje v moři (viz ekologie komunity). Mnoho skupin mušlí a hlemýžďů například vykazuje zvýšenou adaptaci na odolnost predátorů během třetihor. Epizody rychlé diverzifikace se objevily také u mnoha skupin mušlí a hlemýžďů během epochy Eocene a na hranici miocenu a pliocénu. Po zániku rudistů z útesů (velkých mlžů) na konci křídy se Eocene zotavili korálové útesy a jejich kontinuální stratigrafický záznam s nízkou šířkou se považuje za ukazatel přetrvávání tropických oblast.
Velká mořská zvířata
Cetaceans (velryby a jejich příbuzní) se poprvé objevili na počátku Eocene, asi před 51 miliony let, a předpokládá se, že se vyvinuli z raných artiodactylů (skupina kopytníků, kteří mají sudý počet prstů). Evoluce velryb zrychlila během Oligocenu a Miocenu, což je pravděpodobně spojeno se zvýšením produktivity oceánů. Další nové mořské formy, které se objevily v pozdních paleogenních mořích, byly tučňáci, skupina plavání ptáků a ploutvonožci (skupina savců, která zahrnuje tuleňů, lachtanů a mrožů). Největším mořským masožravcem tohoto období byl megalodon (Carcharocles megalodon), žralok, který žil od středního Miocénu po pozdní Pliocen a dosáhl délky nejméně 16 metrů (asi 50 stop).
