Vào đầu thế Eocen, nhiệt độ cao và đại dương nóng ấm tạo ra môi trường ẩm và dịu, với các khu rừng trải rộng tới hai cực của Trái Đất. Ngoài các khu vực sa mạc khô cằn, nói chung Trái Đất được rừng che phủ.

Các khu rừng vùng cực là khá rộng lớn. Các hóa thạch và thậm chí các dấu tích được bảo tồn tốt của các loài cây thân gỗ như thủy tùng, bụt mọc và củ tùng có từ thế Eocen đã được tìm thấy ở đảo Ellesmere trong khu vực ven Bắc cực của Canada. Các dấu tích còn lại được bảo tồn ở Canada không là hóa thạch, mà là các mảnh gỗ được bảo tồn trong nước nghèo oxy trong các rừng đầm lầy vào thời gian đó và sau đó bị vùi lấp trước khi có cơ hội phân hủy. Thậm chí vào thời gian đó, đảo Ellesmere chỉ ở phía nam vài độ so với vị trí hiện tại của nó. Các hóa thạch của các cây thân gỗ cận nhiệt đới hay thậm chí nhiệt đới từ thế Eocen cũng được tìm thấy ở Greenland và Alaska. Các rừng mưa nhiệt đới phát triển xavề phía bắc tới tận tây bắc Thái Bình Dương và châu Âu.

Các loài cau, dừa đã mọc xa về phía bắc tới Alaska và miền bắc châu Âu vào đầu thế Eocen, mặc dù chúng trở nên ít phổ biến hơn khi khí hậu lạnh đi. Củ tùng cũng trải rộng như vậy.

Quá trình lạnh đi bắt đầu từ giữa thế, và vào cuối thế Eocen thì các khu vực sâu trong lục địa đã bắt đầu khô đi, với các cánh rừng trở nên mỏng hơn một cách đáng kể ở một vài khu vực. Các loài cỏ mới tiến hóa vẫn còn thịnh vượng ven các bờ sông và hồ nhưng vẫn chưa lan rộng vào các bình nguyên và xavan.

Quá trình lạnh đi cũng đem lại các thay đổi theo mùa. Các cây lá sớm rụng, có khả năng thích nghi tốt hơn với các thay đổi nhiệt độ lớn, đã bắt đầu lấn át các loài cây thường xanh nhiệt đới. Vào cuối thế, các cánh rừng cây lá sớm rụng bao phủ phần lớn các lục địa phương bắc, bao gồm Bắc Mỹ, đại lục Á-Âu và ven Bắc cực, còn các rừng mưa chỉ tồn tại ven xích đạo thuộc Nam Mỹ, châu Phi, Ấn Độ và Australia.

Châu Nam Cực, bắt đầu thế Eocen với việc nằm cận kề các rừng mưa cận nhiệt đới và ôn đới, thì trở thành lạnh hơn khi thế này tiếp tục trôi đi; các quần thực vật ưa nhiệt đã bị tiêu diệt và khi bắt đầu thế Oligocen, châu lục này là các rừng cây lá sớm rụng cũng như các tundra rộng lớn.