O fim do Eoceno foi o início do Oligoceno (33,9 milhões de anos atrás). Ele é marcado por uma grande rotação floral e faunística.

A maioria dos organismos afetados eram de natureza marinha ou aquática. Eles incluíam o último dos antigos cetáceos, os Archaeoceti.

Esta foi uma época de grandes mudanças climáticas, especialmente de resfriamento. No início, não estava ligado a nenhum impacto ou evento vulcânico catastrófico.

Mas a atividade vulcânica pode ter causado o evento de extinção. Vários grandes impactos de meteoritos ocorreram mais ou menos nessa época. Um desses eventos causou a cratera de impacto de Chesapeake Bay 40 km, e outro na cratera de Popigai 100 km na Sibéria central, espalhando detritos talvez até a Europa. A nova datação do meteoro Popigai sugere que ele pode ser uma causa da extinção em massa.

Uma teoria científica líder sobre o resfriamento climático nesta época prevê uma diminuição do dióxido de carbono atmosférico, que diminuiu lentamente em meados e finais do Eoceno e possivelmente atingiu um limiar de cerca de 34 milhões de anos atrás. Este limite está intimamente ligado ao evento Oligoceno Oi-1, uma mudança de isótopo de oxigênio que marca o início da cobertura da camada de gelo na Antártica.