Paleoseenikausi on maapallon aikaa liitukauden ja tertiäärisen sukupuuton välillä 65.5 miljoonaa vuotta sitten-55.8 miljoonaa vuotta sitten. Paleoseeni tarkoittaa kreikassa “vanhaa (uutta)”. Tämä on viittaus siihen tosiasiaan, että paleoseeni oli nisäkkäiden aikakauden alku, joka jatkuu tänään, mutta oli liian alkeellinen sisältämään nykyaikaisia eläinjärjestyksiä.
Paleoseenin aikana ilmasto oli enemmän Mesozoicin (dinosaurusten aikakausi) kaltainen – lämmin ja märkä, ja tropiikki ulottui vähintään 45 asteeseen päiväntasaajalta ja lauhkeat metsät saavuttivat puolalaiset. Keski -Euraasian, Pohjois -Amerikan ja Kaakkois -Aasian suuret alueet tulvivat. Etelämanner oli lauhkea maanosa, jossa on pussieläimiä, ja joka on edelleen Etelämantereen niemimaan yhdistämä Etelä -Amerikkaan. Tämä sulki Drake Passagen ja esti Etelämantereen ympyränmuotoisen virran muodostumisen, mikä aiheuttaisi Etelämantereen jäätymisen kiinteäksi noin 22 miljoonaa vuotta aikakauden päättymisen jälkeen.
Paleoseenin alussa suuri osa maapallon elämästä tuhoutui, kun 6 kilometrin leveä asteroidi törmäsi nykyiseen Meksikon Jukatanin niemimaalle. Tämä herätti pölypilven, joka peitti maapallon vähintään useita vuosia, tappamalla useimmat fotosynteesistä riippuvat kasvit ja elävät eläimet. Suurimmat eläimet – dinosaurukset – tuhottiin pois, sekä pterosaurukset (lentävät matelijat), plesiosaurukset, pliosaurukset, mosasaurukset (vesieläinten matelijat) ja monet kasvit ja selkärangattomat. Tämä jätti auki monenlaisia markkinarakoja, joita ensisijaiset selviytyneet ryhmät – linnut ja nisäkkäät – voivat hyödyntää.
Useimmat nisäkkäät koko paleoseenin aikana olivat suhteellisen pieniä – alle 20 kg (44 lb). Alkaen ajanjakso pieninä jyrsijöiden kaltaisina nisäkkäinä, 10 miljoonan vuoden kuluessa he olivat monipuolistuneet muutamaan uuteen tilaukseen, joista suurin osa on nyt kuollut sukupuuttoon. Xenartha, nisäkäslaji, joka sisältää anteatereita, puulaiskoja ja armadilloja, tiedetään haarautuneen muusta istukan nisäkkäästä noin 60 miljoonaa vuotta sitten. Marsupialit ja istukat olivat eronneet toisistaan paljon ennen ajanjakson alkua, jopa 130 miljoonaa vuotta sitten. Useimpien elävien järjestysten esi-isät muodot olivat syntyneet juuri ennen paleoseenia-mukaan lukien sorkka- ja hyönteissyöjät, mäyrän kaltaiset kaikkiruokaiset jne.
Parilliset ja parittomat sorkka- ja kavioeläimet erosivat lähellä paleoseenin alkua. Ruoho ei ollut vielä alkanut peittää maapalloa, suurin osa planeetasta oli sen sijaan trooppisten ja lauhkeiden metsien peitossa. Suurin osa nisäkkäistä oli sellaisia. Etelä -Amerikka, Etelämanner ja Australia olivat tuolloin erillään muusta maailman maaperästä, ja niitä hallitsi pussieläin eikä istukka. Palesoseenin aikana Etelämantereella ja Australiassa elävistä eläimistä tiedetään vähän- niiden tiedetään olevan istukkaa, jokaisen mantereen mesotsooisten nisäkkäiden jälkeläisiä (joiden fossiilit ovat harvinaisia), ja ainakin osa heistä oli nykyajan päivän Australian ja Etelä -Amerikan pussieläimiä. Phorushapot, ”terrorilinnut”, kehittyivät lähellä paleoseenin alkua Etelä -Amerikassa ja asuivat (luultavasti) myös Etelämantereella ja toimivat huippusaalistajina. Nämä lintujen tappajat sortoivat tuolloin Marsupial- tai matelijaeläintä (lukuun ottamatta krokotiilejä).
Tänä aikana Afrikassa, Pohjois-Amerikassa ja Euraasiassa kukoistaneiden istukanisäkkäiden ryhmiin kuuluvat kädelliset, plesiadapidit (kädellisten jyrsijöiden kaltaiset esi-isät) ja kondylartit (kaikkien sorkka- ja kavioeläinten esi-isät, jotka olivat ensimmäisiä todellisia nisäkkäiden kärkisahoja ja suurempia kasvinsyöjiä). Afrotherian, Laurasiatherian ja Euarchontogliresin nisäkkäiden superjärjestykset olivat jakautuneet noin 20 miljoonaa vuotta ennen paleoseenin alkua, joten paleoseenin aikainen kehitys oli näiden tilausten monipuolistaminen, ensimmäinen saatavilla oleva monipuolistaminen dinosaurusten sukupuuton jälkeen.