6500 万年，延至距今约 180 万年。第三纪的重要生物类别是被子植物、哺乳动物、鸟类、真骨鱼类、双壳类、腹足类、有孔虫等，这与中生代的生物界面貌迥异，标志着“现代生物时代”的来临。
第三纪时被子植物极度繁盛。除松柏类尚占重要地位外其余的裸子植物均趋衰退。蕨类植物也大大减少且分布多限于温暖地区。第三纪的植物有明显的分区现象，地层中还有许多微体水生藻类化石。
脊椎动物的变化主要表现在爬行动物的衰亡，哺乳类、鸟类和真骨鱼类取而代之，兴起且高度繁盛。第三纪的早期，仍生活着古老、原始的哺乳动物；到了中期，现代哺乳动物的祖先先后出现，逐渐代替了古老、原始的哺乳动物；第三纪晚期，现代哺乳动物群逐渐形成，更是偶蹄类和长鼻类繁盛的时期。尤其马的进化很快。
中生代末，海生无脊椎动物有明显的兴衰现象。盛极一时的菊石类完全绝灭，箭石类极度衰退，而双壳类、腹足类、有孔虫、六射珊瑚、海胆、苔藓虫等则进一步繁盛。第三纪出现的有孔虫分布广泛、进化迅速，对于海相第三系的划分与对比很有意义。
此外，它们的生态分带已应用于确定沉积盆地水深的变化。原生动物中的放射虫在第三纪也十分繁盛，在深海研究中占有突出地位。双壳类在第三纪有很大发展，腹足类在第三纪进入极盛期。
陆生的无脊椎动物以双壳类、腹足类、介形类为主，可以根据它们不同时期组合面貌的变化，进行陆相第三系的划分。
约5000多万年前，灵长类动物呈辐射状演化，从低等灵长类动物原猴类中又分化出高等灵长类动物。
3300万-2400万年前，产生了猿。埃及发现的最早的古猿原上猿和埃及猿已经具有类人猿的一些性状；稍晚后的古猿化石还有森林古猿分布范围较广，在亚洲、欧洲、非洲均有所发现。东非的原康修尔猿已经是一种猿，是人类和非洲猿的祖先。
以上古猿均为林栖动物，四肢行走，属于攀树的猿群。现存的猿中包括两个类群，非洲猿（大猩猩、黑猩猩和人类）和亚洲猿（长臂猿和猩猩），这两个类群之间存在着明显的界限，显然，二者的分化发生在1200万年-1500万年前。
在约1000万年前至约380或200多万年前，有两种过渡时期的化石代表。一种是腊玛古猿，一种是南方古猿。
最初的人类在人类学中被称为“完全形成的人”。我国古人类学者把这一进程分作
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