Paleocenepoken är tiden på jorden mellan krita-tertiär utrotning, för 65.5 miljoner år sedan, fram till 55.8 miljoner år sedan. Paleocen betyder ”gammal(er) ny” på grekiska. Detta är en referens till det faktum att paleocen var början på däggdjurens era, som fortsätter idag, men var för primitiv för att innehålla moderna djurorder.
Under paleocen var klimatet mer likt det i mesozoiken (dinosauriernas ålder) – varmt och vått, med tropikerna som sträckte sig till minst 45 grader från ekvatorn och tempererade skogar som når polerna. Stora delar av centrala Eurasien, Nordamerika och Sydostasien översvämmades. Antarktis var en tempererad kontinent med pungdjursfauna, fortfarande ansluten av den antarktiska halvön till Sydamerika. Detta förseglade Drake-passagen och förhindrade bildandet av den antarktiska cirkumpolära strömmen, vilket skulle få Antarktis att frysa fast cirka 22 miljoner år efter eran slutet.
I början av paleocen förstördes mycket av jordens liv när en 6 mi (10 km) bred asteroid slog in i vad som idag är Yucatan-halvön i Mexiko. Detta sparkade upp ett dammmoln som täckte jorden i åtminstone flera år, och dödade de flesta växter som var beroende av fotosyntes och de djur som kräver dem för att leva. De största djuren – dinosaurierna – utplånades alla, tillsammans med pterosaurier (flygande reptiler), plesiosaurier, pliosaurier, mosasaurier (vattenlevande reptiler) och många växter och ryggradslösa djur. Detta lämnade ett stort utbud av nischer öppna för att kunna utnyttjas av de primära överlevande grupperna – fåglar och däggdjur.
De flesta däggdjur under hela paleocenen var relativt små – under 20 kg (44 lb). Från och med tiden som små gnagarliknande däggdjur, hade de inom 10 miljoner år diversifierat sig till några nya ordnar, av vilka de flesta nu är utdöda. Xenartha, däggdjurskläden som inkluderar myrslokar, sengångare och bältdjur, är känd för att ha avgrenat sig från resten av placenta däggdjur för cirka 60 miljoner år sedan. Pungdjur och moderkakor hade avvikit från varandra långt före periodens början, så mycket som för 130 miljoner år sedan. Förfädersformer av de flesta levande ordnar hade kommit till kort före paleocen – inklusive klövdjur, insektsätare, grävlingliknande allätare, etc.
Jämna och udda hovdjur avvek nära början av paleocen. Gräset hade ännu inte börjat täcka jorden, större delen av planeten var istället täckt av tropiska och tempererade skogar. Som sådan var de flesta däggdjur trädlevande. Sydamerika, Antarktis och Australien var separerade från resten av världens landmassa vid den tiden och dominerades av pungdjur snarare än placenta. Lite är känt om djur som levde i Antarktis och Australien under paleocen – de är kända för att vara placenta, ättlingar till mesozoiska däggdjur på varje kontinent (vars fossil är sällsynta), och åtminstone några av dem var föregångare till nuvarande- dag australiska och sydamerikanska pungdjur. Phorusrhacider, ”terrorfåglar” utvecklades nära början av paleocenen i Sydamerika och levde (förmodligen) också i Antarktis och fungerade som apex-rovdjur. Pungdjurs- eller reptilfauna vid den tiden (förutom krokodiler) förtrycktes av dessa fågelmördare.
Bland de grupper av placenta däggdjur som trivdes i Afrika, Nordamerika och Eurasien under denna period finns primater, plesiadapider (gnagarliknande förfäder till primater) och kondylarter (förfäder till alla klövdjur, som var de första riktiga däggdjursapexpredatorerna och större växtätare). Däggdjursöverordenerna Afrotheria, Laurasiatheria och Euarchontoglires hade splittrats cirka 20 miljoner år innan paleocenens början, så evolutionen under paleocenen var en ytterligare diversifiering av dessa ordningar, den första tillgängliga diversifieringen efter dinosauriernas utrotning.