大约2000万年前，地球还在发生着变化。非洲大陆的一条缝隙慢慢扩大，形成了狭长的红海，使得沙特阿拉伯向北移动靠向亚洲大陆，封闭了古地中海水道的遗留部分。古地中海剩余的部分成了一个几乎封闭的海洋——现代地中海。这样，发生在赤道周围的暖水的全球输运永久地停止了。从这时开始，赤道的暖水循环仅能在各自的海盆中发生。南方，南美大陆已经与南极洲分离，形成了现在的德雷克通道，在南极洲周围形成了一条真正的环极地洋流，随后南半球的海洋洋流发生了彻底重组。在南半球的高纬度地区形成了一个繁荣生长的区域；来自新西兰的化石表明，大约这个时候，有大量的鲸鱼和企鹅生活在这个地区。
海洋、大陆和大气几乎已经具备了它们现代的模样。北大西洋正在扩张，格陵兰岛也已经从欧洲分离出去。将北大西洋和挪威海分开的冰岛山脊开始平静下来，并最终沉入海底。在北部的高纬度地区形成高密度的冷水向南流动，与北大西洋的海水混合，最终沉降入深海，表面温暖的海水开始沿着北大西洋的西边向北流动，形成了湾流。这时，大气中大约有21％的氧气，78％的氮气和少于1％的二氧化碳及其他气体。
北半球发生的变化以及南半球由于一条全球循环的洋流把南极洲孤立起来，使南极洲及其周围地区出现了大规模的冰盖。深色的地球表面，例如海洋，通过吸收大部分的光能而变得暖和；而那些被冰雪覆盖的浅色地区，有效地反射了太阳的能量而保持寒冷。冰盖覆盖面的增加提高了地球的反射效率，使地球进一步变冷。海洋中形成了一个新的洋流和温度的分配模式。从海水表层到深海，从高纬度的极地到低纬度的赤道，都存在温度上的差异性。海洋生物对温度梯度产生反应，并慢慢形成新的生物地质分布区。温水物种向海洋表面和赤道迁移，而冷水性动植物则移向极地和深海。南极洲冰盖的形成对地球有着深远的影响，它阻止了2000万年前地球气候的变暖。
随着全球性寒冷的来临，气候也变得干燥了。广阔的热带大草原和林地开始取代热带森林。食草动物发生进化，以便利用起不断增长着的可食性植被资源；灵长类出现，它们的家族将演化出人类。风速开始提高，而沿着海岸，海洋深层的冷水不断上涌，给海洋表面带来了丰富的营养物质。因此，光合浮游生物繁生，浮游动物增加，鱼类也繁殖起来，整个食物链都是欣欣向荣的景象。湾流变得更加强大，它将暖水推向北面，海水被冷却后从海底返回南方。南极洲的冰川固定了大量的水，导致了海平面大幅下降。
大约600万年前，变冷的过程和冰盖的产生使海平面下降了大约40米(130英尺)。地中海与大西洋分离，海水不再进入，使得地中海成为一系列大的内陆湖，因为沿着赤道分布，湖水被热带的阳光和热量烤晒着。随着水分的蒸发，地中海的盐度变得越来越高，就像现代的大盐湖一样。采自地中海海底深处的沉积物和岩心中，含有海水蒸发形成的矿物质的厚层，如石膏、岩盐及其他盐类，这说明地中海曾周期性地干涸，后来又重新充满海水。地中海的周期性干涸对海洋也有重要的影响，它降低了海水的盐度，使海冰可以在稍微高一点的温度下形成。越来越多海冰的形成又增加了地球表面的反射能力，使得气候更加寒冷。后来，不知何故，全球性的寒冷暂时停止了，地球又开始温暖起来。海平面上升，海水开始涌入地中海，形成了自然界最壮观的奇迹之一。海水从直布罗陀海峡汹涌而入，遇到了从入口的顶部到地中海海盆的底部将近2000米的落差，形成了一条，或者是一系列壮观的瀑布；海水以几千倍于尼亚加拉大瀑布的力量流入地中海。到500万年前，地中海再一次被充满。
这时，在南半球有着广阔的冰盖，而北半球却没有。但是，大约400万年前，阿拉斯加与东西伯利亚相连，关闭了北冰洋海盆，北冰洋里开始形成大量的冰块。这时，人类的祖先——用两条腿直立行走的灵长类动物，开始出现在非洲大陆上。现在还没有完全搞清楚，为什么北半球冰的形成花了那么长的时间。有人认为，这与南北美大陆之间的中美地峡的最终关闭有关。
大约300万年前，加勒比海巨大的板块运动导致巴拿马地峡抬升，关闭了南北美大陆之间的通道。因此，湾流加强了，更多的暖水流向北方，高纬度地区的降雨也显着增加。连接南北美的陆地造成的障碍也阻止了海洋物种在太平洋与大西洋之间的迁移。随着各个海盆变得越来越独立，海洋开始演化出各自不同的生物区系。因为太平洋比大西洋更古老，所以它拥有更丰富多彩的生物物种。
从那时起，随着地球在广泛的冰期寒冷和间冰期的温暖间循环，地球的气候将发生一起一伏的交替。在严寒的冰期里，空气和水体的温度寒冷，广阔的陆地地区被厚厚的冰雪覆盖着，海平面下降。岩石的遗迹和摩擦痕迹表明，北半球的大部分地区经常覆盖着冰块。在冰期的鼎盛时期，全球的气温比现的气温要低5℃(9°F)，2公里厚的冰层覆盖着1／3的地球表面，世界上有一半的海洋被冰山覆盖。随着海平面的急剧下降，更多的陆地暴露出来，海岸线向海洋推进了16公里。河流沿着暴露出来的陆地边缘，冲蚀出深深的河谷和峡谷，热带地区收缩到几乎接近赤道。海洋和陆地上的生物都迁移到了足够温暖的地区。
在间冰期，空气和海洋是温暖的，冰雪融化，海平面上升，海洋开始扩张。陆地被海水淹没，海岸线向内陆推移，河口充满了沉积物，冰川开始退却。陆地上冰盖的溶解使得陆地明显地反弹了：冰川巨大的重量压迫着地壳，当冰消融后，地壳慢慢地回升。目前，北半球曾经被冰川所覆盖的地区仍然以每年几厘米的速率抬升着。因为大气和海洋温度的上升，喜温的海洋和陆地生物向南北半球的高纬度地区扩散。热带地区扩张，寒冷的地区变小了。珊瑚礁繁衍着，沉积了厚厚的石灰岩。大约125000年前在一个温暖而高海面的时期，佛罗里达的正南面形成了一个长长的、月牙形的珊瑚礁。后来，在下一个冰期里海平面下降后，这一向西弯曲的珊瑚礁就形成了一系列的岛屿，现在称为佛罗里达暗礁。
在新生代后期，全球的温度经历了30次主要的波动以及次数更多的微小的变化。地球上的洋流、海平面、气候和生物的分布都随着全球的冰期变化而起伏。
最近，一个研究小组模拟了大约18000年前，冰川最后一次覆盖陆地时的全球气候。他们使用了所有可用的数据，包括来自冰芯及深海沉积物岩芯的数据，有孔虫外壳的氧同位素比率和计算机模拟技术。从他们的结果中可以看出：厚厚的冰盖覆盖了北半球的大部分地区，并一直扩展到南极洲附近，海平面比现在低了将近85米(大约275英尺)，许多的森林变成了草地和沙漠；海洋普遍比现在冷，可能低2℃～3℃，洋流比温暖时期的强大。
几十年来，科学家们都试图解释新生代即将结束时地球气候的上下反复。目前，最为广泛接受的理论是天文学家米兰科维奇提出的。他推测，地球轨道和旋转的变化可能导致，地球所接收的阳光的总量发生周期性的变化，结果使新生代的温度产生波动。其他的一些因素，如大陆和洋流的结构改变、造山运动、地球反射率的变化以及大气中的二氧化碳含量，也被认为在控制地球的气候改变中起了一定的作用。
在最后一次冰期结束时，大约15000年前，随着气候变暖，地球从冰封中苏醒过来。海洋的温度在增加，海平面也以每年8毫米的速率上升着。海洋中的环流逐渐减慢，喜温生物又开始扩展它们的领地。大约5000年前，海平面的上升速率减慢到了每年1～2毫米，地球气候继续变暖。到了本世纪，地球的变暖还在继续——有人还会说，气候正以一种不正常的速率变暖着。大气中仍然包含21％的氧气和78％的氮气，但二氧化碳的量增加着，使地球的温度增高。目前，最严重的环境争议之一就是全球变暖，这也可能是人类对地球最具戏剧性的影响。1998年是有史以来最温暖的一年；有人认为，创记录的温暖导致了1997年灾难性的厄尔尼诺现象和1998年严重的飓风季节。地球还会继续变暖吗？海平面还会继续上升吗？或者像从前一样，现在的温暖还会转变到寒冷，地球还会再次被抛进严寒吗？时间将说明一切。
在这个故事结束时，地球和海洋仍在发生着变化。板块运动继续移动着大陆，抬升着山脉，扩大或缩小着海盆。大西洋还在扩展，而伟大的世界大洋“泛古洋”的遗迹——太平洋却在缩小；地中海正在变小，而一条新的裂缝已经撕开非洲大陆，并将形成一个新的海盆。火山仍在陆地上和海底喷发着，岛屿形成，又被侵蚀着。诞生了几百万年的各种各样的海洋生物仍在海洋中繁衍着。一些产生于古生代的生物在海洋中繁殖起来，而另一些则在过去的几百万年中消失了。人类的影响可能改变生物的进化路线。污染、过度捕捞、外来物种的引进、毁灭性的捕捞技术、海岸发展以及其他的一些人类活动，威胁着海洋和海洋生命的健康和生存。那些过去曾经经历了几次大灾难事件而生存下来的生物，可能会因为人类的放任和疏忽而很快在地球上失去踪影。地球上生命的进程，似乎是一系列长时间渐进的演化和间隔的快速的大灭绝事件构成的。下一次生物大灾难是否将由人类促成，而不是小行星和陨石的撞击呢？
