Awal periode Eosen ini ditandai dengan periode singkat dengan konsentrasi karbon isotop di atmosfer sangat rendah. Di Bumi, suhu tinggi dan lautan perairan hangat menimbulkan kelembaban di beberapa wilayah. Kondisi ini menciptakan lingkungan yang nyaman dengan banyak hutan menutupi hampir seluruh bagian bumi.
Periode Eosen terkandung berbagai kondisi iklim yang berbeda yang mencakup iklim terpanas selama era Kenozoikum dan juga persimpangan dari masa-masa dingin zaman es.
Evolusi iklim periode Eosesn dimulai dengan kondisi panas warisan periode Paleosen. Selama masa ini tidak ada wilayah yang terlapis oleh es. Iklim di Bumi secara global menjadi lebih hangat. Jumlah kawasan hutan tropis semakin bertambah, menggeser hutan hujan tropis bahkan hingga daerah-daerah kutub.
Hutan kutub yang cukup luas itu diketahui dasi fosil dan sisa-sisa pohon tua seperti cupress dan jenis kayu merah. Fosil pohon subtropis dan bahkan tropis dan tanaman dari Periode Eosen menyebar hampir di beberapa bagian di Bumi ini.
Memasuki akhir periode Eosen, Es mulai muncul kembali di kutub, lapisan es di Antartika mulai berkembang pesat. Pada masa akhir Eosen ini merupakan awal dari zaman es yang terakhir di Bumi.
Banyak dari fauna yang hidup pada masa ini, baru muncul pertama kali pada masa awal Eosen. Di antaranya adalah primata dan mamalia berkuku pada jari-jarinya (ungulates).
Fosil tertua mamalia modern muncul pada periode Eosen awal umumnya berukuran kecil, dan beratnya mungkin di bawah 10 kilogram. Diantaranya, yatiu jenis artiodactyla dan perissodactyla, menjadi mamalia yang umum ditemukan pada periode ini.
Kuda diperkirakan telah hadir bermula dari ukurannya yang kecil jenis hyracotherium dan atau jenis eohippus dan seiring waktu mengalami penyebaran yang berakhir menjadi lebih besar.
Beberapa kelompok mamalia baru tiba di Amerik bagian utara. Mamalia modern seperti artiodactyls, perissodactyls dan jenis perimata yang memiliki fitur tangan yang bisa menggenggam hadir dalam ukuran yang kecil.