Eocen začal jako doba globálního oteplování, kdy teploty na celé planetě prudce stoupaly. Lesům se dařilo a stromy rostly dokonce i v polárních oblastech. Nakonec se eocén ochladil a vysušil. Jak se Indie stále posouvala na sever a tlačila se na euroasijský kontinent, masa skal trčících mezi nimi tvořila Himaláje. V této době byla Afrika ostrovem, který ještě nebyl spojen s Blízkým východem a Evropou, ale jeho vlastní cesta na sever měla spustit vznik Alp. Mnoho druhů trávy se vyvinulo v eocénu, ale jejich rozsah byl velmi omezený – dnešní travnaté pláně byly ještě daleko v budoucnosti.
Jak mohl vypadat eocén
Eocenová epocha se obvykle člení na rané a pozdní, nebo – častěji – rané, střední a pozdní členění. Odpovídající horniny se označují jako dolní, střední a horní eocén. Faunalova stádia od nejmladších po nejstarší jsou:
Ypresiáni a občas i luteciáni tvoří raný, priaboniánský a někdy bartoniánský pozdní stát; alternativně jsou luteciáni a bartoniáni spojeni jako střední eocén.
Během eocénu se kontinenty stále posouvaly ke svým současným pozicím.
Na počátku tohoto období zůstávaly Austrálie a Antarktida spojeny a teplé rovníkové proudy se mísily s chladnějšími antarktickými vodami, které rozdělovaly teplo po celé planetě a udržovaly globální teploty na vysoké úrovni. Když se však Austrálie kolem 45 Ma oddělila od jižního kontinentu, teplé rovníkové proudy se odklonily od Antarktidy a mezi oběma kontinenty se vytvořil izolovaný kanál studené vody. Antarktická oblast se ochladila a oceán obklopující Antarktidu začal zamrzat, takže studená voda a ledové kry byly posílány na sever, což ochlazení ještě posílilo.
Indie pokračovala ve své cestě pryč z Afriky a začala svou kolizi s Asií, čímž se Himálaj přeměnil v existenci.Existuje hypotéza, že eocénní skleníkový svět byl způsoben překotným globálním oteplováním z uvolněných metanových klatrátů hluboko v oceánech. Klatráty byly pohřbeny pod bahnem, které bylo narušeno s oteplováním oceánů. Metan (CH4) má desetkrát až dvacetkrát větší účinek skleníkových plynů než oxid uhličitý (CO2).
Teploty zemského povrchu obecně stoupaly od pozdního paleocénu až do raného eocénu (~59 – 50 Ma) a dosáhly maximálních teplot v období raného eocénního klimatického optima (EECO). Nad toto oteplování se nahrazovala řada „hypertermií“. Ty lze nejlépe popsat jako geologicky krátké (<200 kyr) události charakterizované rychlým (z geologického hlediska; bylo to mnohem pomalejší než oteplování předpovídané pro nadcházející století nebo dokonce oteplování spojené s koncem poslední doby ledové) globálním oteplováním a masivním vstupem uhlíku do oceánu a atmosféry. Nejvýznamnější z těchto událostí bylo paleocénní-eocénní teplotní maximum nebo počáteční eocénní teplotní maximum (PETM nebo IETM), které začalo na paleocénní-eocénní hranici. Během této epizody. Teploty zemského povrchu vzrostly o 5-7 °C. PETM se časově shodovalo s velkým obratem savců na pevnině (to odlišuje eocénní faunu od paleocénní fauny) a s vyhynutím mnoha druhů bentických foraminifer v hlubokém moři. Méně extrémní, ale přesto výrazné hypertermie následovaly po PETM, včetně Eocene Thermal Maximum 2 při cca. 53,7 Ma. Další horký interval nastal ~40 Ma, během Middle Eocene Climatic Optimum (MECO), kdy teplota hlubokého moře vzrostla asi o 4 °C. Shoda s MECO byla vrcholem v atmosférické hladině oxidu uhličitého a vzniku Himalájí. Eocenní globální podnebí bylo snad nejhomogennější z celého kenozoiku; teplotní gradient od rovníku k pólu byl jen poloviční oproti dnešnímu a hluboké mořské proudy byly výjimečně teplé. Polární oblasti byly mnohem teplejší než dnes, snad stejně mírné jako dnešní pacifický severozápad; mírné lesy se táhly až k pólům, zatímco deštivé tropické podnebí se táhlo až na 45° severní šířky. Největší rozdíl byl v mírných zeměpisných šířkách, klima v tropech však bylo pravděpodobně podobné tomu dnešnímu. Nedávný objev obrovského hada (odhadovaná délka 13 m) v Kolumbii, který mohl žít během eocénu, naopak naznačuje, že tropy byly mnohem teplejší než dnes, což je závěr v souladu s numerickými simulacemi podnebí během eocénu.
I když globální klima zůstalo po celý zbytek eocénu poměrně teplé, byla to právě tato epocha, která znamenala začátek pomalého globálního trendu ochlazování, který byl pravděpodobně vyvolán událostí Azolla v Severním ledovém oceánu a vznikem antarktického cirkumpolárního proudu po konečném rozpadu Gondwany. Tento trend nakonec vedl k pleistocénnímu zalednění.