Das Neogen stellt den heute zum eigenständigen System erhobenen Zeitabschnitt des ehemaligen "Jungtertiärs" dar (siehe eingehendere Erläuterungen unter Paläogen) und wird in die beiden Serien Miozän und Pliozän gegliedert. Es bestehen Bestrebungen (von manchen Wissenschaftlern auch so schon angewandt), im Quartär nur noch eine dritte Serie des Neogens zu sehen und nicht mehr ein eigenes System. Dies würde insofern Sinn machen, als das Quartär (mit einer Dauer von nur 1,75 Ma) ja im Grunde nur den bisherigen Höhepunkt einer im Neogen langfristig ablaufenden Klimaabkühlung darstellt.
Die Gliederung des Miozän und Pliozän in Stufen ist noch heute sehr inhomogen, vielerorts werden die international gültigen Stufen durch lokale, nicht zeitgleiche Einheiten ersetzt.
Leitfossilien im marinen Bereich sind vor allem planktonische Foraminiferen, Dinoflagellaten und kalkiges Nannoplankton, daneben benthonische Foraminiferen, Radiolarien, Ostracoden, Muscheln und Gastropoden, im nichtmarinen Bereich Landpflanzen, Sporen und Pollen, Ostracoden, Charophyten, Gastropoden, Otolithen (Ohrsteine von Fischen) und Säugetierreste.

Einteilung des Neogen in die beiden Serien Miozän und Pliozän (mit absoluten Datierungen) und die weitere Untergliederung in neun Stufen (nach der International Stratigraphic Chart der IUGS, 2000).

Plattentektonische Entwicklung:

Plattentektonische Situtation der Erde vor ca. 10 Ma (spätes Miozän), vereinfacht, umgezeichnet und ergänzt nach R. Blakey (Univ. of Arizona), website = http://vishnu.glg.nau.edu/rcb, hier auch weitere Bilder der neogenen Erde Legende Abkürzungen (Animation 600 Ma: klein / groß)

Der ehemalige Pangäa-Superkontinent war zerfallen, im Prinzip lief bereits ein neuer Superkontinentzyklus in seiner Frühphase.
Nordamerika und Nordeuropa waren nun auch im nördlichen Nordatlantik voneinander getrennt, es kam zum Südwärtsströmen kalten arktischen Tiefenwassers ab dem Miozän.
Der Isthmus von Panama wurde im Pliozän vor ca. 3,5 Ma geschlossen, was zur Etablierung des heutigen Klimasystems und der nordhemisphärischen Eiszeit führte (s.u.). Damit war die einstige westwärtsgerichtete zirkumäquatoriale Strömung endgültig unterbrochen. Nun konnte auch ein Austausch der Landfaunen zwischen Nord- und Südamerika erfolgen.
Die weitere Annäherung von Afrikanischer und Eurasiatischer Platte bedingte ein Andauern der alpidischen Gebirgsbildung und der tektonischen Aktivitäten im heutigen Mittelmeerraum. Die Kollision von Indien mit Asien erreichte mit der Auffaltung des Himalaya im Miozän ihren Höhepunkt. Der indische Kontinent bohrte sich in die Asiatische Platte.
Die Antarktis war isoliert und wurde von einer kalten Strömung umflossen.

Zu Beginn des Neogens erfolgte eine Transgression, dann eine weltweiter Meeresspiegelrückgang bis ins Quartär. Die jungkänozoische Icehouse-Ära ist geprägt durch zunehmend kühlere und trockenere Klimaten auf beiden Halbkugeln, mit Höhepunkten der jüngsten Eiszeit im Quartär.
Generell nahmen die globalen Durchschnittstemperaturen langfristig ab, mit besonders starken zyklischen Schwankungen im Pleistozän.
Auch die Sauerstoff- und CO2-Gehalte in der Atmosphäre nahmen langfristig bis etwa zum heutigen (vorindustriellen) Niveau ab.
Nach kurzer Erwärmung im Untermiozän kam es zu einer weiteren Abkühlung im Mittelmiozän, der antarktische Eisschild war vorhanden. Verbunden war dieser Klimawandel mit weltweit steigenden Temperaturgradienten, die Abkühlung war zuerst stärker auf der Südhalbkugel, erst viel später auf der Nordhalbkugel (s.u.). Weltweit kühlere und trockenere Klimate bedingten auch die zunehmende Evolution und Ausbreitung der Gräser, Entstehung von Steppen und Savannen (s.u.).
Das Absinken des Island-Faröer-Rückens im Miozän bewirkte die beginnende Entstehung des heutigen weltumspannenden thermohalinen Zirkulationssystems (warme Oberflächen- und kalte Tiefenwässer). Durch das Schließen des Panamaseeweges (nach neuesten Daten kritischer Schwellwert bei 4,6 Ma) kam es schließlich zu seiner endgültigen Etablierung in seiner heutigen Form mit Entstehung warmer salzreicher Wassermassen in der Karibik, die dann mit dem Golfstrom (besser: Nordatlantikstrom) in den Nordatlantik fließen und Feuchtigkeit in die Nordhemisphäre bringen (Beginn der aktuellen Eiszeit auf der Nordhemisphäre).
Das Schwanken der Sonneneinstrahlung aufgrund überlagerter zyklisch schwankender orbitaler Parameter (Lage der Erdachse 23 ka, Schiefe der Erdachse 40 ka, Exztrenzitität der Erdumlaufbahn 100 ka) bewirkte besonders im Quartär (letzte 1,75 Ma) Aufbau und Abschmelzen großer nordhemisphärischer Eisschilde. Nach dem Erreichen des Schwellwertes bei 4,6 Ma (Schließung des Panamaseeweges, s.o.) waren die Bedingungen zum Aufbau der ersten großen Eisschilde auch im Norden im Zusammenhang mit den orbitalen Parametern vor ca. 3 Ma erreicht. Zu diesem Zeitpunkt begann die eigentliche Nord-Eiszeit.

Europa und Nordamerika:

In Mitteleuropa kam es im Zuge der generellen Regressionstendenz des Neogens zum allmählichen Rückzug der Nordsee und zur Trennung zwischen Nordsee und Mittelmeergebiet. In den immer stärker verlandenden Senkungszonen am Niederrhein, südlich Berlins und in Polen entstanden ausgedehnte Braunkohlelagerstätten, mit zeitlichem Schwerpunkt im Miozän. Im Pliozän lag die Nordsee fast nur noch auf ihrer heutigen Position.
Die vulkanische Aktivität (bevorzugt basisch) verstärkte sich, mit Höhepunkt im Miozän. Schwerpunkte waren Eifel, Westerwald, Vogelsberg, Rhön, Hegau und Kaiserstuhl. In der Eifel und im Raum Bonn dauerte der Vulkanismus bis in das Quartär an (Laacher See, Rodderberg).
Im Miozän traf ein großer Doppelmeteor Süddeutschland (Steinheimer Becken, Ries), ohne jedoch größere Auswirkungen auf die Evolution der Organismen zu haben.
Die Absenkung des Oberrheintalgrabens und damit verbundene Bildung mächtiger mariner Sedimente darin ließ nach, stattdessen intensivierte sich die nach der Hebung der Alpen bereits im Oligozän begonnene Vorschüttung der bayerischen Molasse. In dieser dokumentierte sich der mehrfache Wechsel zwischen mariner und nichtmariner Entwicklung (Untere und obere Meeres- und Süßwasser-Molassen).
Die Paratethys zog sich nach ihrer weitesten Ausdehung im Oligozän im Laufe des Miozäns nach Osten zurück. Dort im Osten bleibt die Paratethys am längsten marin.
Im Miozän wurden die Alpen weiter eingeengt, Bruchtektonik bekam eine höhere Bedeutung. Erst im Zuge dieser Vorgänge kam es Heraushebung als Hochgebirge.
Im obersten Miozän fand weltweit ein dramatischer Meeresspiegelrückgang statt, der das sonst über die Straße von Gibraltar mit Frischwasser versorgte Mittelmeer vom Atlantik isoliert (Salinitätskrise des "Messinian Event" mit mächtigen Salzablagerungen).
(Hier geht es zu einer Animation der Paratethys- und Mittelmeer-Entwicklung)

Die Pflanzenwelt:

Im Neogen fand die die phytische Ära des Känophytikums (Dominanz der Angiospermen) ihre Fortsetzung. Da die Klimate den heutigen immer ähnlicher wurden, gilt dies auch für die Florenbilder. Schon Rekonstruktionen von Floren aus dem Pliozän (z.B. Fundstelle Willershausen) sehen aus wie Bilder von heute.

Die Tierwelt:

Im marinen Bereich ging die Radiation der typisch känozoischen Invertebratenfauna weiter. Generell wurden diese Faunen, wie im Paläogen, der heutigen immer ähnlicher, ein früher auch biostratigraphisch eingesetztes Phänomen
Die Gastropoden blieben in Salz-, Brack- und Süßwasserbereichen eine der wichtigsten und diversesten Invertebratengruppen, auch als Leitfossilien und in gesteinsbildenden Massenvorkommen.
Die Säugetiere entwickelten sich weiter, besonders intensiv in Anpassung an die sich ausbreitenden Steppen und Grasländer. Die Pferde scheinen eine Co-Evolution mit dieser Entwicklung durchgemacht zu haben und zeigen eine wechselhafte Geschichte ihrer Wanderungswege zwischen den Kontinenten. Auch andere Gruppen wie Carnivoren und Nagetiere passten sich an die trockeneren Klimate an. Bei den großen Pflanzenfressern wurden die Unpaarhufer immer mehr von den Paarhufern (Rinder, Antilopen usw.) verdrängt. Bei den Carnivoren kamen Hyänen und Bären hinzu.
Besonders bedeutsam war zweifellos die Entwicklung bei den Primaten. Gemeinsame Vorfahren der Menschenaffen und der Menschen datieren auf das frühe Miozän zurück. Erste Formen, die schon zu den Menschen gezählt werden müssen, waren die Australopithecinen des Pliozäns, für die schon aufrechter Gang nachgewiesen wurde. Die Gattung Homo erschien vor ca. 2 Ma nahe der Basis des Quartärs (H. habilis).