뇌
척추동물의 두뇌 진화는 대뇌를 포함한 전뇌의 부피증가가 특징적이다. 원시어류의 경우 척추 앞부분에 약간 부풀어오르는 돌기모양의 뇌를 갖는다. 그보다 조금 더 발달한 어류는 원시어류에 비해 약간 큰 1~2g 정도의 돌기를 갖게 되었다. 이 돌기가 고등 동물의 후뇌, 뇌간, 중뇌에 해당된다.
고제3기
무척추동물로는 유공충, 부족류나 복족류 등이 표준화석으로 많이 등장한다. 척추동물로는 말·코끼리·코뿔소 등의 선조가 발전하였으며 어류는 진골어류와 경골어류가 번성하였다. 초기에는 중생대형의 것도 약간 잔재하였으나 팔레오세가 끝나기 이전에 모두 멸종하였다. KT대멸종 이후에 파충류가 쇠퇴하기 시작하면서 육상이나 해상의 생태계에 큰 공백이 생기자 포유류와 조류는 이를 이용하여 초기의 작고 단순한 형태에서 크고 복잡한 형태로 진화하였다. 이 시대 초기의 매우 온난하고 습한 기후도 포유류와 조류의 번성과 진화를 도운 것으로 생각되고 있다.