Trong thế Eocen, các châu lục vẫn tiếp tục trôi dạt về vị trí như ngày nay của chúng.

Vào đầu thế này, Australia và châu Nam Cực vẫn còn nối liền, các hải lưu xích đạo ấm nóng trộn lẫn với các vùng nước lạnh ở ven Nam cực, phân bố nhiệt xung quanh thế giới và giữ cho nhiệt độ toàn cầu nằm ở mức cao. Nhưng khi Australia tách rời khỏi lục địa phía nam vào khoảng 45 Ma, các hải lưu ấm xích đạo bị chệch hướng khỏi châu Nam Cực và kênh nước lạnh cô lập phát triển giữa hai lục địa. Khu vực châu Nam Cực bị lạnh đi và các vùng biển ven nó bắt đầu đóng băng, làm cho nước lạnh và các tảng băng nổi bị đẩy lên phía bắc càng làm gia tăng quá trình lạnh đi.

Siêu lục địa Laurasia ở phía bắc bắt đầu tách ra, do châu Âu, Greenland và Bắc Mỹ đã trôi dạt ra xa nhau.

Ở miền tây Bắc Mỹ, quá trình hình thành núi đã bắt đầu trong thế Eocen, và các hồ rộng lớn được hình thành trong các vùng lòng chảo phẳng trên cao giữa các vùng nhô lên, kết quả tạo ra trầm tích của nơi lưu giữ thành hệ sông Green.

Tại châu Âu, biển Tethys cuối cùng đã biến mất, trong khi sự nâng lên của dãy núi Alps đã cô lập dấu tích cuối cùng của nó (Địa Trung Hải) và tạo ra một biển nông khác với các quần đảo ở phía bắc. Mặc dù Bắc Đại Tây Dương đã mở ra, nhưng cầu nối đất liền dường như vẫn tồn tại giữa Bắc Mỹ và châu Âu do các quần động vật của hai khu vực này vẫn rất giống nhau.

Ấn Độ vẫn tiếp tục hành trình của mình ra xa châu Phi và bắt đầu va chạm với châu Á, làm cho dãy núi Himalaya bắt đầu được hình thành.

Một giả thuyết cho rằng thế giới nhà kính Eocen là do sự ấm toàn cầu xảy ra rất nhanh từ sự giải phóng băng mêtan sâu trong lòng đại dương. Các khối băng mêtan bị vùi lấp dưới bùn và bị khuấy động khi đại dương nóng lên. Mêtan (CH4) có hiệu ứng nhà kính gấp 10-20 lần so với dioxide cacbon (CO2).