Khí hậu là rất ấm trong kỷ Creta đến mức không có băng tại hai địa cực. Mực nước biển cao hơn nhiều so với ngày nay và các khu vực lớn của lớp vỏ Trái Đất đã bị các biển nông bao phủ; các phần lõi trầm tích chỉ ra rằng các biển nhiệt đới có thể có nhiệt độ cao hơn khoảng 9-12° so với ngày nay, trong khi nhiệt độ của lòng đại dương có thể cao hơn tới 15-20° so với ngày nay[9],[10]. Biển Tethys đã nối các đại dương vùng nhiệt đới từ tây sang đông, điều này làm cho khí hậu toàn cầu cân bằng hơn. Các hóa thạch thực vật đã thích nghi với khí hậu nóng ấm được tìm thấy tại các khu vực xa về phía bắc tới tận Alaska và Greenland, trong khi các hóa thạch khủng long cũng đã được tìm thấy trong phạm vi 15° kể từ Nam cực của kỷ Creta[11].

Trái Đất về trung bình có thể không ấm nhiều hơn so với kỷ Trias hay kỷ Jura, nhưng khi đó nó có gradient nhiệt độ thoai thoải hơn từ xích đạo tới hai cực. Hiệu ứng phụ của điều này có thể làm suy yếu các luồng luân chuyển không khí (gió) toàn cầu, tạo ra ít sự chuyển động của các khối nước lạnh và giàu dinh dưỡng lên bề mặt đại dương và làm cho các đại dương trở thành tù đọng hơn so với ngày nay, với chứng cứ là các trầm tích đá phiến sét màu đen rộng khắp[12].