Geologisch tijdvak lopend van 5,33 tot 2,58 miljoen jaar geleden; tweede tijdvak van het Neogeen, waarin de landengte van Panama ontstond, de Zuid-Amerikaanse buideldieren uitstierven en in Afrika verschillende soorten Australopithecines leefden
Het Plioceen volgt op het Mioceen. De trend naar een koeler klimaat die in de tweede helft van het Mioceen inzette, vervolgde in het Plioceen. Op Groenland ontwikkelde zich een grote ijskap.
Tijdens het Plioceen vormde zich een landbrug tussen Noord- en Zuid-Amerika, de landengte of isthmus van Panama. Deze gebeurtenis wordt gedateerd op 2,8 miljoen jaar geleden. Het had een zeer ingrijpend effect op de fauna ter plaatse, omdat vele diergroepen zich naar het andere continent konden uitbreiden, een proces aangeduid als de Grote Amerikaanse Uitwisseling (“Great American Interchange”).
De placentale zoogdieren die toen in Zuid-Amerika leefden waren afkomstig uit Afrika en hadden in Zuid-Amerika hun eigen kenmerkende fauna ontwikkeld. Door de isolatie van het continent ontstonden er lichaamsvormen die nergens anders voorkomen, zoals gordeldieren, miereneters en luiaards. Deze vallen in de systematiek van de zoogdieren in een eigen orde, Xenarthra. Later bereikten ook primaten en knaagdieren Zuid-Amerika, waarschijnlijk via de Atlantische Oceaan. Via de isthmus van Panama voegden zich daar nieuwe zoogdiergroepen bij. De in Zuid-Amerika levende buideldieren zijn als gevolg van de uitwisseling vrijwel allemaal uitgestorven.
Het Plioceen is ook de periode waarin op het Afrikaanse continent de homininen diversificeerden. In het Plioceen leefden in Afrika ongeveer tien verschillende op twee benen lopende “aapmensen” (behorend tot de geslachten Ardipithecus, Australopithecus, Paranthopus en Kenyanthropus). De migraties naar andere werelddelen waren nog niet begonnen.
Het einde van het Plioceen is ook het einde van het Neogeen; er volgde een nieuwe periode van het Cenozoïcum, het Kwartair, met als eerste tijdvak het Pleistoceen.
