Toen in het Tertiair, dat duurde van 66 miljoen jaar tot 2.5 miljoen jaar geleden, door continentale drift het continent Antarctica vrij kwam te liggen, was het echt afgelopen met de hogere mondiale temperaturen. Er kwam rond Antarctica een circumpolaire zee- en windstroming op gang (westenwinden), niet meer geremd door continentale obstructie.
De noord naar zuid warmte-uitwisselingen tussen evenaar en Antarctica werden afgeremd waardoor Antarctica de eerste pool was die ging afkoelen maar van ijs was nog geen sprake. Naarmate echter de circumpolaire zee- en windstromingen Antarctica gedurende het Tertiair steeds meer in hun greep kregen en iedere vorm van warmte-uitwisseling met equatoriale gebieden werd afgeknepen, begon zich op Antarctica ijs te vormen. Aanvankelijk dikke sneeuwpakketten, maar door opstapeling en toenemende druk vormden zich ijslagen. Al dat ijs kaatste ook nog eens meer zonlicht terug, wat bijdroeg aan de temperatuurdaling van dit continent. Op de Noordpool was voorlopig nog geen ijs te bekennen, omdat circumpolaire stromingen door de vele landmassa's op het noordelijk halfrond zich daar niet konden ontwikkelen. Tot op de dag van vandaag vindt er, in tegenstelling met het zuidelijk halfrond, op het noordelijk halfrond veel meer warmte-uitwisseling met equatoriale gebieden plaats, denk bijvoorbeeld aan de Golfstroom.
Het afkoelende Antarctica deed echter zijn invloed over de gehele wereld gelden en de temperatuur ging mondiaal dalen, een ongekend fenomeen in de voorgaande geologische tijdvakken van Jura, Krijt en ver daarvoor met een tijdspanne van wel 250 miljoen jaar.
In de tweede helft van het Tertiair begon zich als gevolg van continentverschuiving een krans van landmassa's om de Noordelijke IJszee rond de Noordpool te vormen. Door de afkoelende werking van Antarctica kwam het ook op de Noordpool tot sneeuwvorming die zich echter aanvankelijk in de polaire zee niet kon opstapelen. Dat werd wel mogelijk toen in de circumpolaire gebieden door continentverschuiving land kwam te liggen waarop de sneeuw kon blijven liggen. Tegen het einde van het Tertiair kon zich dit tot dikke pakketten ijs opstapelen zoals bijvoorbeeld op Groenland. Op zee is dat stapelproces niet mogelijk en vormt zich in de Noordelijke IJszee hooguit een laag bevroren zeewater van één tot enkele meters dikte. IJsbergen in zee komen dus altijd van het land af. De Noordpool begon wat betreft zeespiegel- en temperatuurdaling dus ook een duit in het zakje te doen door respectievelijk ijsophoping en terugkaatsing van zonlicht.
Ondanks al die ijsvorming op de Zuidpool en later op de Noordpool was de gemiddelde temperatuur in het Tertiair hoger dan tegenwoordig.
Door de geleidelijke afkoeling in het Tertiair daalde de zeespiegel (regressie) door omzetting van zeewater in landijs. Het zeewater koelde af en dat gaf door inkrimping ook nog een extra daling. Het land lag ook niet stil, o.a. het al genoemde Noordzeebekken was een dalingsgebied van de zeebodem.
Elders in de wereld kwam door verschuivende en botsende continenten het land omhoog en in het Tertiair werden de grote gebergten gevormd o.a. de Alpen, de Andes en de Himalaya. De Alpen werden en worden omhoog gedrukt door het, als gevolg van continentverschuiving, naar het noorden schuivende Afrikaanse continent en de Himalaya door het naar het noorden schuivende India.
Zeespiegel- en landhoogteveranderingen resulteren dus in een ingewikkeld spel van kustlijnverschuivingen. Door de vlakke ligging van onze regio betekent een zeespiegelverandering van bijvoorbeeld 25 meter een verschuiving van de kustlijn met honderden kilometers.
De omhoog komende gebergten en de daling van het Noordzeebekken gaf aanleiding tot grote sedimenttransporten. Aanvankelijk in het Tertiair was dat een machtige rivierstroom uit het oosten, de Eridanos. Dit was een rivierensysteem van Amazoneachtige afmetingen dat de gebieden rondom de toenmalige Oostzee en Botnische Golf en de Noord-Duitse laagvlakte ontwaterde en immense sedimentpakketten naar onze streken bracht. De Rijn had in die tijd nog geen contact gemaakt met de Alpen, ontsprong ergens in Midden-Duitsland en was in die tijd maar een kleine zijstroom van de Eridanos. Later breidde de Rijn zich naar het zuiden uit en transporteerde in een later stadium gebergteslijpsel van de Alpen (grind en zand) en klei naar het lager gelegen Noordzeebekken dat ondanks zijn steeds toenemende diepte steeds opgevuld kon worden.
De ondergrond van Nederland is (naast de dikke pakketten zeesedimenten) voor zover het rivierafzettingen betreft grotendeels uit oostelijke sedimenten opgebouwd. Later, toen door de komst van het Pleistocene landijs de Eridanos rivier werd geblokkeerd en door geologische bewegingen van het Oostzeegebied in betekenis afnam, hebben de Rijn en in mindere mate de Maas op de zuidelijke Eridanosdelta nog eens een pakket zuidelijke sedimenten uit Midden-Duitsland, de Alpen en de Eifel/Ardennen afgezet.
Later, na het verdwijnen van het landijs, vond de afwatering van wat er overgebleven was van het oorspronkelijke enorme Eridanosgebied, plaats via de Oostzee met zijn open verbinding naar de Noordzee. Ondanks de doorgaande afkoeling van de aarde bleef ijsvorming in het Tertiair beperkt tot de beide polen.
Aan het einde van het Tertiair verschenen de eerste mensachtigen ten tonele in oost Afrika.
