Khí hậu trở nên lạnh và khô hơn, mang tính chất mùa, tương tự như khí hậu ngày nay. Các dải băng châu Nam Cực đã phát triển trong thế Pliocen. Châu lục này bị đóng băng và bị che phủ toàn bộ bởi các sông băng vĩnh cửu vào đầu thế Pliocen. Sự hình thành chỏm băng Bắc cực diễn ra vào khoảng 3 Ma được ghi nhận bằng sự dịch chuyển đột ngột trong tỷ lệ các đồng vị của ôxy và cuội kết trong băng ở các tầng trầm tích Bắc Đại Tây Dương và Bắc Thái Bình Dương[4]. Sự đóng băng ở các vĩ độ trung bình có lẽ đã diễn ra trước khi kết thúc thế địa chất này.