Η εποχή του Παλαιόκαινου είναι ο χρόνος στη Γη μεταξύ της Κρητιδικής-Τριτογενούς εξαφάνισης, πριν από 65.5 εκατομμύρια χρόνια, έως πριν από 55.8 εκατομμύρια χρόνια. Παλαιόκαινο σημαίνει «παλαιό (ή) νέο» στα ελληνικά. Αυτή είναι μια αναφορά στο γεγονός ότι το Παλαιόκαινο ήταν η αρχή της Εποχής των Θηλαστικών, η οποία συνεχίζεται σήμερα, αλλά ήταν πολύ πρωτόγονη για να περιέχει σύγχρονα τάγματα ζώων.
Κατά τη διάρκεια του Παλαιόκαινου, το κλίμα έμοιαζε περισσότερο με αυτό του Μεσοζωικού (Εποχή των Δεινοσαύρων) — ζεστό και υγρό, με τους τροπικούς να εκτείνονται σε τουλάχιστον 45 μοίρες από τον ισημερινό και τα εύκρατα δάση να φτάνουν στους Πόλους. Μεγάλες εκτάσεις της κεντρικής Ευρασίας, της Βόρειας Αμερικής και της νοτιοανατολικής Ασίας πλημμύρισαν. Η Ανταρκτική ήταν μια εύκρατη ήπειρος με μαρσιποφόρα πανίδα, που εξακολουθεί να συνδέεται από τη χερσόνησο της Ανταρκτικής με τη Νότια Αμερική. Αυτό σφράγισε το πέρασμα του Drake και απέτρεψε το σχηματισμό του κυκλικού πολικού ρεύματος της Ανταρκτικής, το οποίο θα έκανε την Ανταρκτική να παγώσει στερεά περίπου 22 εκατομμύρια χρόνια μετά το τέλος της εποχής.
Στην αρχή του Παλαιόκαινου, μεγάλο μέρος της ζωής της Γης καταστράφηκε όταν ένας αστεροειδής πλάτους 6 μίλια (10 km) προσέκρουσε σε αυτό που είναι η σημερινή χερσόνησος Γιουκατάν στο Μεξικό. Αυτό προκάλεσε ένα σύννεφο σκόνης που κάλυψε τη Γη για τουλάχιστον αρκετά χρόνια, σκοτώνοντας τα περισσότερα φυτά που εξαρτώνται από τη φωτοσύνθεση και τα ζώα που απαιτούν τη ζωή τους. Τα μεγαλύτερα ζώα – οι δεινόσαυροι – εξαφανίστηκαν όλα, μαζί με τους πτερόσαυρους (ιπτάμενα ερπετά), τους πλησιόσαυρους, τους πλειόσαυρους, τους μοσάσαυρους (υδάτινα ερπετά) και πολλά φυτά και ασπόνδυλα. Αυτό άφησε ανοιχτή μια τεράστια ποικιλία από κόγχες που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν από τις κύριες ομάδες που επέζησαν – πτηνά και θηλαστικά.
Τα περισσότερα θηλαστικά σε όλο το Παλαιόκαινο ήταν σχετικά μικρά – κάτω από 20 κιλά (44 λίβρες). Ξεκινώντας την περίοδο ως μικρά θηλαστικά που μοιάζουν με τρωκτικά, μέσα σε 10 εκατομμύρια χρόνια είχαν διαφοροποιηθεί σε μερικές νέες τάξεις, οι περισσότερες από τις οποίες έχουν πλέον εξαφανιστεί. Το Xenartha, το κλάδο των θηλαστικών που περιλαμβάνει μυρμηγκοφάγους, βραδύποδους δέντρων και αρμαδίλους, είναι γνωστό ότι διακλαδίστηκε από τα υπόλοιπα θηλαστικά του πλακούντα πριν από περίπου 60 εκατομμύρια χρόνια. Τα μαρσιποφόρα και οι πλακούντες είχαν αποκλίνει μεταξύ τους πολύ πριν από την έναρξη της περιόδου, έως και 130 εκατομμύρια χρόνια πριν. Οι προγονικές μορφές των περισσότερων ζωντανών τάξεων είχαν δημιουργηθεί λίγο πριν από το Παλαιόκαινο – συμπεριλαμβανομένων οπληφόρων, εντομοφάγων, παμφάγων που μοιάζουν με ασβούς κ.λπ.
Ζυγά και μονόποδα οπληφόρα αποκλίνονταν κοντά στην αρχή του Παλαιόκαινου. Το γρασίδι δεν είχε ακόμη αρχίσει να καλύπτει τη Γη, το μεγαλύτερο μέρος του πλανήτη καλύπτεται από τροπικά και εύκρατα δάση. Ως εκ τούτου, τα περισσότερα θηλαστικά ήταν δενδρόβια. Η Νότια Αμερική, η Ανταρκτική και η Αυστραλία χωρίζονταν από την υπόλοιπη χερσαία μάζα του κόσμου εκείνη την εποχή και κυριαρχούνταν από μαρσιποφόρα και όχι πλακούντα πανίδα. Λίγα είναι γνωστά για τα ζώα που ζούσαν στην Ανταρκτική και την Αυστραλία κατά το Παλαιόκαινο — είναι γνωστό ότι είναι πλακούντα, απόγονοι μεσοζωικών θηλαστικών σε κάθε ήπειρο (τα απολιθώματα των οποίων είναι σπάνια) και τουλάχιστον μερικά από αυτά ήταν οι προκάτοχοι του παρόντος- ημέρα μαρσιποφόρων της Αυστραλίας και της Νότιας Αμερικής. Τα φωροσρακίδια, τα «πτηνά του τρόμου» εξελίχθηκαν κοντά στην αρχή του Παλαιόκαινου στη Νότια Αμερική και (πιθανώς) έζησαν επίσης στην Ανταρκτική, λειτουργώντας ως αρπακτικά της κορυφής. Η πανίδα μαρσιποφόρων ή ερπετών εκείνη την εποχή (εκτός από τους κροκόδειλους) καταπιέζονταν από αυτούς τους δολοφόνους των πτηνών.
Μεταξύ των ομάδων πλακουντιακών θηλαστικών που ευδοκίμησαν στην Αφρική, τη Βόρεια Αμερική και την Ευρασία κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου είναι τα πρωτεύοντα θηλαστικά, τα πλησιαδάπιδα (πρόγονοι των πρωτευόντων που μοιάζουν με τρωκτικά) και οι κονδυλάρθοι (οι πρόγονοι όλων των οπληφόρων, που ήταν οι πρώτοι αληθινοί θηρευτές κορυφής θηλαστικών και μεγαλύτερα φυτοφάγα ζώα). Οι υπερτάξεις των θηλαστικών Afrotheria, Laurasiatheria και Euarchontoglires είχαν χωριστεί περίπου 20 εκατομμύρια χρόνια πριν από την έναρξη του Παλαιόκαινου, έτσι η εξέλιξη κατά το Παλαιόκαινο ήταν μια περαιτέρω διαφοροποίηση αυτών των τάξεων, η πρώτη διαθέσιμη διαφοροποίηση μετά την εξαφάνιση των δεινοσαύρων.