由於地球地質歷史現有記錄中出現的一次最快、強度最大的全球變暖事件，被稱為古新世-始新世極熱事件（PETM或IETM）的發生，地球溫度迅速升高，始新世就此開始。這次迅速而劇烈的升溫（在高緯度地區溫度上升了7°C之多）持續的時間少於10萬年，但是導致了大量物種急劇滅絕，從而形成了古新世和始新世生態系統的分野。始新世的全球氣候可能是新生代中變化幅度最小的；從赤道到極地的氣溫變化幅度只有今天的一半，而深海洋流則異常溫暖。極地地區比當今溫暖得多，接近於現今西北太平洋的溫度；溫帶森林已經擴充套件到了極地地區，同時多雨的熱帶氣候區則延伸至北緯45°地區。溫帶地區的氣候與當今相比大有不同，而熱帶地區的氣候則可能接近於當今。不過在哥倫比亞發現的一種可能生活於始新世的巨蛇殘骸（約有校車大小）表明，可能相反的，當時的熱帶比現今溫暖的多 ，這也與計算機模擬出的始新世氣候相符 。儘管始新世的全球氣候仍然比較溫暖，但也正是在始新世後期，開始了全球變冷的緩慢趨勢，這可能是由發生於北冰洋的綠萍事件以及在岡瓦納古陸最終破碎之後形成的南極洲環流共同造成的。這種變冷趨勢最終導致了更新世冰期的出現。

更新世和始新世是地質年代名稱。始新世指的是大約距今5300年到距今3650萬年前。更新世指的是距今260萬年前到距今1萬年前。