Aunque fue una época relativamente corta, ocurrieron eventos tremendos durante el Plioceno, como el desarrollo de capas de hielo, el secado del Mediterráneo y la unión de las Américas.
Biogeográficamente, esta época se caracteriza por la modernización dramática de los mamíferos. Todos los órdenes y familias actualmente existentes son conocidos del Plioceno, así como muchos de los géneros existentes.
La formación de un puente terrestre a través del Istmo de Panamá entre América del Norte y América del Sur tuvo un profundo impacto en la fauna de estos continentes. Muchos animales de América del Norte invadieron el continente sur y unos pocos animales de América del Sur emigraron al norte.
Los mamíferos sudamericanos que se encuentran en los sedimentos del Plioceno de América del Norte incluyen perezosos gigantes, armadillos y puercoespines. El género moderno Equus también apareció en el Plioceno.
Épocas como el Plioceno y el Mioceno se comparan con exposiciones sedimentarias en Europa. Al igual que finalmente ajustamos nuestros relojes a la hora en Greenwich, Inglaterra, los paleontólogos fechan sus rocas comparándolas con estos estándares europeos, o localidades de «tipo». Estas localidades tipo para las épocas son marinas; contienen abundantes conchas marinas y otros animales fósiles de océanos antiguos
Es difícil, pero no imposible, determinar las edades relativas de los sitios de mamíferos terrestres en comparación con aquellos con fósiles marinos. En varios lugares del mundo, los fósiles marinos cubrirán o se mezclarán con mamíferos terrestres fósiles o viceversa. Los sedimentos marinos entremezclados con capas de mamíferos terrestres permiten a los paleontólogos establecer edades relativas para estos sedimentos en función de la «superposición».»Por ejemplo, un fósil de caballo es más viejo que la concha que se encuentra sobre él, pero más joven que las conchas de abajo.
También es posible utilizar métodos modernos de desintegración radiactiva para determinar la edad real de un fósil en particular, no solo que fuera más viejo o más joven que alguna almeja inglesa.