Pliocénní svět vypadal dnes velmi podobně jako Země, protože Severní a Jižní Amerika se stále více přibližovaly a mezera mezi nimi byla v této epoše zapečetěna. Na počátku pliocénu, před více než 5 miliony let, přicházel a odcházel severní polární ledovec s ročními obdobími a s výkyvy klimatu. Nicméně, jak se svět v pozdním pliocénu ochlazoval, led na severním pólu se stal trvalým a dařilo se pastvinám a tundře. Lidský rodokmen se oddělil od šimpanzů na počátku epochy. Pliocén začal před 3,5 miliony let, ale skončil před 2,6 miliony let. Pliocén navazuje na miocén.
V oficiálním časovém měřítku Mezinárodní komise pro statigrafii je pliocén rozdělen do dvou etap. Od nejmladších po nejstarší jsou:
Piacenzian je někdy označován jako pozdní pliocén, zatímco Zanclean je označován jako raný pliocén.
Během pliocénu se klima stávalo chladnější a sušší, a sezónní, podobně jako moderní klima.
Celosvětová průměrná teplota ve středním pliocénu (3,3 mya – 3 mya) byla o 2-3 °C vyšší než dnes, globální hladina moře byla o 25 m vyšší a ledový příkrov severní polokoule pomíjivý před nástupem rozsáhlého zalednění nad Grónskem, k němuž došlo v pozdním pliocénu kolem 3 Ma. Vznik arktického ledového příkrovu je signalizován náhlým posunem poměrů izotopů kyslíku a dlažby pokryté ledem v severním Atlantiku a severním Pacifiku. Před koncem epochy pravděpodobně probíhalo zalednění ve středních zeměpisných šířkách. Globální ochlazení, k němuž došlo během pliocénu, mohlo podnítit vymizení lesů a rozšíření travnatých ploch a savan.
Kontinenty pokračovaly v driftu a přesouvaly se z pozic vzdálených možná až 250 km od svých současných pozic do pozic vzdálených jen 70 km od svých současných pozic. Jižní Amerika se spojila se Severní Amerikou přes Panamskou šíji během pliocénu, což umožnilo Velkou americkou výměnu a přineslo téměř úplný konec charakteristickým velkým vačnatým predátorům a původním faunám kopytníkovým.
Mořské i kontinentální fauny byly v podstatě moderní, i když kontinentální fauny byly o něco primitivnější než dnes. První rozpoznatelní homininové, australopithecinové, se objevili v pliocénu.
Srážky na pevnině znamenaly velkou migraci a mísení dříve izolovaných druhů, například ve Velké americké výměně. Býložravci se zvětšovali, stejně jako specializovaní predátoři.
V Severní Americe úspěšně pokračovali hlodavci, velcí mastodonti a gomphotheres a vačnatci, zatímco kopytnatých zvířat (kopytníků) ubývalo, u velbloudů, jelenů a koní docházelo k úbytku populací. Vyhynuli nosorožci, tři koně s prsty na nohou (Nannippus), oreodonti, protoceratidi a chalicotheres. Vyhynuli psi borofaginští, ale ostatní masožravci včetně čeledi lasičkovitých se rozrůznili a dařilo se psům a rychle běhajícím medvědům. Pozemní lenochodi, velcí glyptodonti a pásovci přišli na sever se vznikem šíje v Panamě.
V Eurasii se dařilo hlodavcům, zatímco distribuce primátů klesala. Sloni, gomphotheres a stegodonts byli úspěšní v Asii a hyraxové migrovali na sever z Afriky. Rozmanitost koní klesala, zatímco tapírům a nosorožcům se dařilo poměrně dobře. Krávy a antilopy byly úspěšné a některé druhy velbloudů přešly do Asie ze Severní Ameriky. Objevily se hyeny a rané šavlozubé kočky, které se připojily k dalším predátorům včetně psů, medvědů a lasiček.
V Africe převládala kopytnatá zvířata a primáti pokračovali v evoluci, v pozdním pliocénu se objevili australopitéci (jedni z prvních hominidů). Hlodavci byli úspěšní a sloní populace rostly. Krávy a antilopy pokračovaly v diverzifikaci a předstihovaly prasata v počtu druhů. Objevily se rané žirafy a velbloudi migrovali přes Asii ze Severní Ameriky. Na scénu se dostali koně a moderní nosorožci. Medvědi, psi a lasičky (původně ze Severní Ameriky) se spojili s kočkami, hyenami a cibetkami jako africkými predátory a donutili hyeny přizpůsobit se jako specializovaní mrchožrouti.
Jižní Amerika byla poprvé od křídy napadena severoamerickými druhy, severoameričtí hlodavci a primáti se mísili s jižními formami. Litopterni a notoungulové, jihoameričtí domorodci, byli většinou vyhubeni, s výjimkou makrauchenid a toxodontů, kterým se podařilo přežít. Ze severu migrovali malí lasičkovití masožraví mustelids a coatis. Pastva glyptodontů, brouzdání obřích pozemních lenochodů a menších caviomorfních hlodavců, pampatheres a armadillo dělali opak, migrovali na sever a dařilo se jim tam.
Převládajícími australskými savci zůstali vačnatci s býložravými formami včetně vombatů a klokanů a s obrovským diprotodonem. V pliocénu pokračovali v lovu vačnatci masožraví, včetně dasyuridů, thylacinu psího a Thylacolea kočičího. První hlodavci dorazili do Austrálie. Objevil se novodobý ptakopysk, monotreme.
Draví jihoameričtí phorusrhacids byli v této době vzácní; mezi posledními byl Titanis, velký phorusrhacid, který migroval do Severní Ameriky a soupeřil se savci jako špičkový predátor. Jeho charakteristickým rysem byly drápy, které se znovu vyvinuly pro chytání kořisti, jako je Hipparion. V této době se pravděpodobně vyvinuli i další ptáci, někteří moderní, někteří nyní vyhynulí.
S ochlazováním klimatu vymřeli v Evropě aligátoři a krokodýli. Rodů jedovatých hadů stále přibývalo, jak se vyvíjeli další hlodavci a ptáci. Chřestýši se poprvé objevili v pliocénu. Moderní druh aligátor mississippiensis, který se vyvinul v miocénu, pokračoval v pliocénu, s výjimkou severnějšího pásma; exempláře byly nalezeny ve velmi pozdních miocénních ložiscích Tennessee. V Severní Americe se stále dařilo želvám obrovským, s rody jako Hesperotestudo. Madtsoidní hadi se vyskytovali ještě v Austrálii.