古近纪早期是古有蹄类及肉齿类（古老类型）是以植物为食的有蹄哺乳动物。与后来的有蹄类（奇蹄类、偶蹄类）相比，个体较小，齿比较原始，四肢和脚粗短，比较笨拙。包含几个平行进化的不同类别，主要是钝脚类、踝节类、裂齿类和恐角类等（图10-1，1）。在古新世及始新世早、中期极度发展，到始新世晚期或渐新世大都灭绝。如我国古新世的Bemalambda（阶齿兽），个体大小如狼。早始新世的Coryphodon（冠齿兽）。此外，亚洲特有的Anagalida（亚兽类），在我国华南有不少发现。肉齿类也是已灭绝的古老类型哺乳动物，在古近纪早期很繁盛，如始新世的Hyaenodon（鬣齿兽）。
图10-1 古近纪哺乳动物
（据温献得，1998）
古近纪中、晚期奇蹄类高度发展和食肉类繁荣时期。现代哺乳动物的祖先已基本出现，奇蹄类是演化发展的极盛时期，大部分奇蹄类在古近纪末期灭绝，而马却适应得很好。雷兽类Brontotheriidae最初出现于始新世早期，到渐新世中期发展到繁盛顶峰时，但很快灭绝。两栖犀类Amynodontidae是已绝灭奇蹄类的另一代表，到渐新世不久即灭绝。
新近纪是偶蹄类大发展和象的迅速演化时期，动物总貌与现代更为接近。偶蹄类一般每脚有2个或4个趾，脚的中轴是在第三和第四趾上，多数具有反刍功能。偶蹄类与奇蹄类都于始新世兴起，但古近纪是奇蹄类的繁荣时期，而偶蹄类在新近纪大为繁盛（如长鼻类）（图10-2）的演化主要反映在齿及头骨方面。由于象的演化快，分布广（除澳洲外遍布全世界），具有重要的地层划分意义。肉食类继续发展，奇蹄类中的马及犀等在鉴定地层时代上仍比较重要。
渐新世的古始祖象、中新世的板齿象（图10-1，3）、上新世至更新世的乳齿象，逐渐演化为全新世的真象。著名的马的系列演化在古近纪、新近纪也有其重要意义，到第四纪演化为真马。新近纪时食肉类也继续发展，如狗、狼、剑齿虎（图10-1，2）等均很繁盛。
总的来讲，欧亚、北美、北非的哺乳动物面貌大体一致，说明各大陆间有陆地相连，但是澳洲情况特殊，古近纪、新近纪时只发育了无胎盘类的有袋类和单孔类，这个特点并保持至今，这是由于澳洲大陆一直为太平洋海水所隔绝的缘故。
图10-2 新近纪长鼻象演化
（据温献得，1998）
图10-3 新生代水生物脊椎动物
（据温献得，1998）
1—货币虫（Nummulites sp.）；2—抱球虫（Globigerina）；3—硅藻类Fennales；4—海扇（Pecten）；5—牡蛎（Ostrea）；6—田螺（Viuiparus）；7—平卷螺（Planorbis）；8—金星介（Cypris）；9—真星介（Encypris）；10—玻璃介（Candona）；11—小玻璃介（Candoniella）；12—土星介（Ilyocypris）；13—湖花介（Limnocytthere）