Le Paléocène est la première époque de l'ère Cénozoïque, dans l'échelle des temps géologiques. Elle s'étend de à d'années.
Le mot est composé du grec , « vieux, d'autrefois, ancien », et , « nouveau », car c'est l'époque la plus ancienne de la nouvelle ère Cénozoïque.
Il est précédé du Crétacé et suivi de l'Éocène. Il débute par un événement bien connu : la limite Crétacé-Tertiaire, il y a . La crise biologique qui y est associée pourrait être due au recoupement des effets d'un impact météoritique (caractérisé par un pic d'iridium dans les sédiments) et d'une activité volcanique intense (mise en place des plateaux de basaltes du Deccan). On peut ajouter à cela une régression du niveau marin (intense activité de la dorsale médio-Atlantique due à l'ouverture de l'océan) associée à un refroidissement global.
Il y a quelque , les grands reptiles (dinosaures, ptérosauriens), les ammonites, bélemnites et rudistes disparaissent de la surface de la Terre ; d'autres ordres se maintiennent, mais les populations diminuent.
Malgré cette apparente hécatombe, des représentants des quatre ordres de reptiles se maintiennent et évoluent : tortues, crocodiles, lézards, serpents. On peut y ajouter les oiseaux, descendants des dinosaures.
Les victimes de l'extinction sont les espèces de grande taille ayant évolué jusqu'à une spécialisation extrême, qui les vouait à une prochaine disparition.
Par ailleurs, plusieurs groupes se sont sans doute éteints quelques millions d'années avant la fin du Maastrichtien.
Dès lors, les mammifères qui se tenaient cachés dans l'ombre des reptiles géants, vont se diversifier et se multiplier pour occuper les niches écologiques laissées vacantes par les dinosaures.
Quelque 22 nouveaux ordres apparaissent au cours des que dure le Paléocène : Marsupiaux, Insectivores, Lémuriens, Créodontes (carnivores) et animaux à sabots, ancêtres des chevaux, rhinocéros, porcs et chameaux.
La plupart de ces animaux ont comme points communs d'être des quadrupèdes plantigrades de petite taille avec un museau fin et un volume crânien peu important et, pour la plupart, d'être des herbivores.