Géologiquement, au début du Mésozoïque, la totalité des terres émergées était rassemblée dans un supercontinent, la Pangée. Pendant cette ère, la Pangée se divise en deux ensembles continentaux, Laurasia et Gondwana. Laurasia se divise à son tour en Amérique du Nord et Eurasie tandis que Gondwana se sépare en quatre continents : Amérique du Sud, Afrique, Australie et Antarctique. La mer Thétys apparaît également durant cette période. Pendant cette ère, un intense volcanisme est responsable de la fracturation de la Pangée.

Le Mésozoïque est connu sous le nom plus familier d'âge des dinosaures.

1. Il est aussi marqué par l'apparition des oiseaux, des mammifères et des plantes angiospermes.

2. Il est caractérisé par une famille nouvelle de céphalopodes, celle des ammonites, qui apparaît au début et s'éteint à la fin de cet âge.

3. La faune secondaire comprend des protozoaires parmi lesquels les foraminifères perforés sont très abondants ; des spongiaires ; des polypes ; les crinoïdes pentacrines sont très nombreux ; les insectes particulièrement abondants dans le Jurassique ; les bélemnites, voisines de la seiche, nombreuses aussi.

4. La faune supérieure comprend des poissons dont l'ossification est beaucoup plus avancée qu'à l'époque primaire : les téléostéens apparaissent dans le Trias.

5. Les principaux reptiles sont l'ichthyosaure, le plésiosaure, le nothosaure, reptiles marins ; le brontosaure, l'atlantosaure, l'iguanodon, reptiles terrestres ; le ptérodactyle, le ptéranodon, reptiles volants.

6. Les oiseaux qui apparaissent à l'époque secondaire sont d'abord l'archaeopteryx, le premier oiseau connu, puis l'hesperornis et l'ichthyornis.

7. Enfin, les mammifères sont représentés par l'ordre des protothériens, mammifères pourvus d'une poche marsupiale.

À la fin de cette ère, toutes les formes de vie modernes existent bien que, dans certains cas et en particulier celui des mammifères, il s'agisse de formes primitives.