中生代

中生代（Mesozoic）是显生宙的三个地质时代之一，可分为三叠纪，侏罗纪和白垩纪三个地质年代。中生代最早是由意大利地质学家Giovanni Arduino所发表，当时名为第二纪（Secondary），以相对于现代的第三纪。在希腊文中，中生代意为“中间的”+“生物”。中生代介于古生代与新生代之间。由于这段时期的优势动物是爬虫类动物，尤其是恐龙，因此又称为爬行动物时代（Age of the Reptiles）。
中生代也是板块、气候、生物演化改变极大的时代。在中生代开始时，各大陆连接为一块超大陆－盘古大陆。盘古大陆后来分裂成南北两片，北部大陆进一步分为北美和欧亚大陆，南部大陆分裂为南美、非洲、印度与马达加斯加、澳洲和南极洲，只有澳洲没有和南极洲完全分裂。中生代的气候非常温暖，对动物的演化产生影响。在中生代末期，已见现代生物的雏形。

板块

古生代晚期的大陆位置相当不明确，而科学家已能大致推算出中生代的各大陆位置。在中生代开始时，各大陆连接为一块超大陆－盘古大陆。盘古大陆后来分裂成南北两片，北方的劳亚大陆，与南方的冈瓦纳大陆，之间是特提斯海。各大陆的分裂形成大西洋沿岸的被动大陆边缘，例如美国的东部海岸。
在中生代期间，各大陆逐渐移动到接近现在的位置。劳亚大陆分裂为北美和欧亚大陆，南方的冈瓦纳大陆分裂为南美、非洲、印度与马达加斯加、澳洲和南极洲，只有澳洲没有和南极洲完全分裂。印度在新生代时期与欧亚大陆碰撞、聚合，形成喜马拉雅山脉。

气候

三叠纪的全球气候较为干旱，季节性变化大，尤其是盘古大陆内部；自石炭纪晚期开始，全球的气候逐渐变得干旱。这段时期的海平面低，可能助长了极端的气温。由于水的比热高，大体积的水体可以稳定气温，尤其是海洋，而邻近大规模水体的陆地气温变化较小。由于盘古大陆的内陆区域离海洋很远，这些地区的气温变化非常大，可能有广大的沙漠。大量的红层与蒸发岩（例如盐），支持这个理论。
在侏罗纪时期，海平面开始上升，原因可能是海底扩张的加速。新形成的海洋地壳，使海平面上升至现今的海拔200米左右。此外，盘古大陆开始分裂，形成特提斯洋。气温逐渐上升、稳定。由于各大陆接邻海洋，沙漠缩小，大气中的湿度增加。
白垩纪的气候状况较不确定，也较多争议。大气层中的二氧化碳含量高，使热带与极区的温度梯度较为平顺，各地区的气温差异不大。平均气温高于现今约摄氏10°。在白垩纪中期，赤道地区的海洋底层温度约为摄氏23°，对于许多海洋生物可能过于温暖，邻近赤道海洋的陆地反而成为沙漠。海洋低层的氧气循环系统，可能因此缓慢、中断。因此，大量的生物有机体无法顺利分解，进而大量堆积，最终沉积成油页岩。
但是，不是所有的现存资料可以支持以上假说。即使全球的气候温暖，极区的冰帽、冰河仍最造成气温的变动；但目前并没有发现白垩纪有冰帽、冰河存在的证据。定量模型可能无法重建出白垩纪的平坦温度梯度。
在中生代时期，大气层中的氧气含量约12－15%，低于现今的20－21%。某些科学家甚至提出12%的氧气含量，因为这是自然燃烧的最低氧气浓度。但是一个2008年的研究，认为自然燃烧的最低氧气浓度是15%。

三叠纪

发生于二叠纪末期的灭绝事件，灭绝当时地球的大部分生物，使许多生物在事件后开始辐射适应。大型草食性与肉食性恐头兽类的消失，形成许多空缺的生态位。继续存活的二齿兽类、犬齿兽类占据部分生态位。在二叠纪末灭绝事件后数百万年，大型主龙类爬行动物成为中生代的陆地优势动物，包含：恐龙、翼龙类；水中的爬行动物则有：鱼龙类、蛇颈龙类、沧龙类。
三叠纪的恐龙体型较小，主要生活在炎热贫瘠的环境中。早期出现的恐龙包括艾雷拉龙、板龙、钦迪龙、腔骨龙、始盗龙等。

侏罗纪

侏罗纪晚期与白垩纪的气候变迁，造成另一次辐射适应。巨大的植食性蜥脚类恐龙（腕龙、梁龙）和大型肉食性恐龙（异特龙）出现。这一时期的常见植物包括针叶树、猴谜树和蕨类植物。
主龙类的多样性在侏罗纪时期达到高峰，鸟类和胎盘类哺乳动物也开始出现并持续发展。
部分科学家认为昆虫的一些器官相当适合被子植物，尤其是口器，而认为昆虫与被子植物同时开始多样化。但是昆虫的口器的出现时间早于被子植物，也早于昆虫开始多样化的时间，因此昆虫的口器是基于其他原因而演化出现的。

白垩纪

随着大陆持续分裂，白垩纪的恐龙开始往不同的方向演化，产生了暴龙、三角龙和禽龙以及其他新物种。翼龙和昆虫占领着天空。
白垩纪早期（145 - 100 百万年前）陆地逐渐被扩张的海洋分隔，因此也导致大多数（除了南美洲之外）蜥脚下目走向灭绝。部分会进行跳岛的恐龙，如美扭椎龙，演化出适应欧洲沿岸以及岛屿生活的特征。许多恐龙也演化以填补侏罗纪-白垩纪灭绝事件所空下来的生态区位，例如鲨齿龙以及棘龙。其中最成功的物种为禽龙，几乎散布至全球各洲。四季重新开始出现，使得极地在某些时节会变得十分寒冷，但是有些恐龙例如雷利诺龙与木他龙仍然生存于极地的森林之中。极地对于鳄鱼来说太过于寒冷，因此最后的离片椎目物种酷拉龙得以在此存活。翼龙开始演化出更大型的物种像是古神翼龙以及鸟掌翼龙。哺乳动物继续兴盛：真三尖齿兽类出现了体型较大、类似貂熊的掠食者爬兽及戈壁锥齿兽；兽亚纲也开始有后兽下纲及真兽下纲的物种出现；多瘤齿兽目的土鼠亚目在此时的化石纪录十分普遍。
被子植物在白垩纪早期也开始发展，自热带地区开始出现，白垩纪的全球气温允许被子植物分布到极区。白垩纪早期出现的有木兰和西番莲。在白垩纪末期，被子植物已经成为许多地区的大型优势植物，若以生物量计算，各地的优势植物仍是苏铁、蕨类，直到白垩纪末灭绝事件的发生。
在中生代的进程中，早期的大型动物逐渐减少，而小型动物的数量逐渐增多，包含蜥蜴、蛇、可能还有哺乳类、灵长类的祖先。白垩纪末灭绝事件更加重这种倾向，大型的主龙类消失，而鸟类与哺乳类继续存活至今。
中生代末发生了白垩纪灭绝事件，50%的生物灭绝，包括所有的恐龙。大多学者认为有一颗彗星撞击地球，引起特大气候变化，很多动物，尤其是冷血动物，无法适应低温而灭绝。可是为何当时鳄鱼一类的冷血动物却存活，还是无法得知。