Sfârșitul Eocenului a fost începutul Oligocenului (acum 33,9 milioane de ani). Acesta este marcat de o schimbare floristică și faunistică pe scară largă.
Cele mai multe dintre organismele afectate erau de natură marină sau acvatică. Printre acestea se numărau ultimele cetacee antice, Archaeoceti.
Aceasta a fost o perioadă de schimbări climatice majore, în special de răcire. La început, aceasta nu a fost legată de niciun impact major sau de vreun eveniment vulcanic catastrofal.
Dar este posibil ca activitatea vulcanică să fi cauzat evenimentul de extincție. În această perioadă au avut loc mai multe impacturi mari de meteoriți. Un astfel de eveniment a provocat craterul de impact din Chesapeake Bay, la 40 km (25 mi), iar un altul la craterul Popigai, la 100 km (62 mi) în Siberia centrală, împrăștiind resturi poate până în Europa. O nouă datare a meteoritului Popigai sugerează că acesta ar putea fi o cauză a extincției în masă.
Una dintre cele mai importante teorii științifice privind răcirea climei în această perioadă prezice o scădere a dioxidului de carbon atmosferic, care a scăzut încet în Eocenul mediu și târziu și a atins probabil un prag în urmă cu aproximativ 34 de milioane de ani. Această limită este strâns legată de evenimentul Oi-1 din Oligocen, o schimbare a izotopilor de oxigen care marchează începutul acoperirii cu gheață a Antarcticii.
