第三纪时期的第四个世，大约从距今2600万年前开始，持续大约1400万年。它的名称是查尔斯·莱尔爵士1833年定的，意思是“不那么新”。在意大利、法国南部、奥地利、罗马尼亚、比利时和荷兰出露有中新世海相沉积。在西印度群岛和安的列斯也清楚地见到这类岩石。在北美洲，中新世时期的海相地层见于从北卡罗来纳州到长岛的大西洋岸平原北部，在切萨皮克湾地区充分发育。佛罗里达州的大西洋岸平原南部也有零星的中新世沉积。在墨西哥湾沿岸地区，包括佛罗里达州西部、密西西比州南部、亚拉巴马州、伊利诺伊州南部和得克萨斯州东南部，既有海相地层也有非海相地层。太平洋岸地区的中新统大都由加利福尼亚的巨厚的海相岩石剖面构成。晚第三纪的非海相沉积出现于大陆内部，即落基山和密西西比河之间以及从南达科他到得克萨斯一带。美国西北部的中新统以大量的火山灰、火山渣和熔岩为特点。在中新世末期左右，构造活动影响了北美的部分地区，而在欧亚大陆的阿尔卑斯—喜马拉雅地区则有造山运动。

　　北半球各大洲的普遍隆起和局部的造山运动在世界的多数地区造成了寒冷而干燥的气候。内华达南部的盐类沉积表明北美洲部分地区类似沙漠的气候条件。中新世的条件对陆地生物来说是理想的，禾本科植物和谷类植物越来越占优势，而森林则大大地减少。最早的红杉在美国的科罗拉多、格陵兰和欧洲出现。海洋脊椎动物和鱼类是大量的，其中许多与现代种属相似。哺乳动物的发展达到顶峰，随着草原面积的扩大而蔓延开来。它们要比其渐新世的祖先先进得多，其中包括有三趾马、骆驼、鹿和羚羊。巨猪是一种样子像猪的高大的动物，它大约有2米（6英尺）高，在北美洲是常见的，它与犀牛和乳齿象一样，都代表早期的象科动物。食肉动物是大量的，其中有些躯体很大；灵长类（其中包括类人猿）在继续进化。

　　在加利福尼亚、墨西哥湾沿岸地区、苏联、中东、东印度群岛和南美洲部分地区的中新世地层中找到了石油。与中新世岩石共生的其他矿产有盐类、粘土、硅藻土和建筑石料。