新生代的最老的一个纪，始于距今6500万年前，大约延续6300万年。名称的意思是“第三个衍生期”，这是延用18世纪对地层划分为四个大时期的分类命名。习惯上将这个纪分为5个持续时间不等的世，从老到新为：古新世、始新世、渐新世、中新世和上新世。它们的名称是根据现代海洋无脊椎生物种属在第三纪化石中占的比例命名的。因此，根据提出这个系统的查尔斯·莱尔爵士的意见，始新世（意思是“现代的拂晓”）有比更新世（译为更为现代）较少的现代物种。在另一种分类中，将第三纪看作一个代，其中的前三个世构成老第三纪而后两个构成新第三纪。

　　第三纪岩石大都由固结不紧实的非海相和海相沉积物组成，其中有些含很多化石。主要的岩石划分最早是在欧洲建立的，那里第三纪岩石有广泛的分布，易于研究和分类。在一些构造舒缓的盆地，如伦敦盆地、巴黎盆地与维也纳盆地中第三纪有最好的发育。意大利、法国南部、比利时、荷兰与德国也有很著名的第三纪沉积。非洲北部有海相第三系岩石，而在南美洲南部则有广泛分布的第三纪沉积。

　　在新西兰和东印度群岛，第三系以海相、非海相和火山岩的组合为特征，而在澳大利亚则有广泛的火山活动的证据。

　　在北美洲，第三纪岩石在从下加利福尼亚到阿拉斯加的太平洋沿岸的窄带中出现。它们多数是海相成因的，这些岩层很厚而且是强烈断裂与褶皱的。在大西洋沿岸带平原，第三纪岩石的露头从新泽西州延伸到佛罗里达，并沿墨西哥沿岸平原继续延伸到墨西哥。它们既有海相的，也有非海相的，而在得克萨斯州和路易斯安那州的沿岸平原有特别大的厚度。有些地方，地层被圆柱状盐颈刺穿，它们使岩石向上拱起形成盐丘，而盐丘可以与石油和天然气相伴生。在北美大陆内部，南从得克萨斯州以北的俄克拉荷马州到加拿大的阿尔伯达大平原区中，在从新墨西哥州到萨斯喀彻温省的落基山区，以及爱达荷南部、俄勒冈东部和内华达州的大盆地区，存在着非海相沉积。这些地层与南达科他州的巴德兰兹、犹他州的布赖斯谷国家公园的优美景色有成因关系。它们也是许多猛犸象化石的来源，并揭示了第三纪生物性质的许多情况。

　　北美洲西部有相当多的第三纪火山活动的证据。熔岩、火山灰和其他类型的火成岩覆盖了78万平方公里以上的面积，并出现有象沙斯塔山和胡德山之类的火山峰。拉森峰和雷尼尔山也是这种火山作用的产物。俄勒冈州、华盛顿州、爱达荷州和内华达州的哥伦比亚河与斯内克河流域地区，巨大的熔岩高原是由无数彼此叠覆的熔岩构成的，覆盖了52万平方公里的面积，厚达数百米。从第三纪中期（中新世）开始在地球上许多地区发生地壳运动并逐渐加强，持续到第三纪末。喀斯喀特造山运动是隆起作用达到顶峰的时期，它是导致亚洲的喜马拉雅山、欧洲的阿尔卑斯山、加利福尼亚和俄勒冈的海岸山脉以及华盛顿州和俄勒冈州的卡斯卡德山脉抬升的一期造山运动。

　　第三纪的气候比起现在的气候来，更为温暖、湿润而且较少变化。在第三纪早期，热带和亚热带气候远远延及加拿大北部边界，在稍后的时期内大平原地区则呈现出干旱境况。趋近第三纪末，气候逐渐变冷，预示着更新世最早的冰期即将来临。

　　由于第三纪生物很象第四纪时期，这两个纪的植物和动物都在新生代的条目下阐述。南美洲、东印度群岛、中东、苏联、加利福尼亚和路易斯安那州与得克萨斯州的墨西哥湾沿岸地区都产出大量的石油。墨西哥湾沿岸平原的盐丘产出岩盐，也产出石油。在蒙大拿州、怀俄明州、俄勒冈州及华盛顿州都有在第三系中采煤的矿山。第三纪早期（始新世）的绿河组是油页岩的重要来源，美国的落基山地区、墨西哥、秘鲁、玻利维亚在第三系地层开采铜、金和银矿床。在马里兰州、弗吉尼亚州和加利福尼亚州第三系地层中产出硅藻土。