Rentang waktu dari Periode Oligosen memang relatif pendek. Meski demikian, beberapa bentuk perubahan terjadi selama periode ini. Pada periode ini diduga merupakan masa munculnya gajah pertama yang mempunyai gading.
Selain itu beberapa jenis tanaman belukar hadir sehingga menciptakan wilayah padang rumput yang menjadi makin luas pada periode berikutnya.
Periode Oligosen sering dianggap masa transisi yang sangat penting yang menghubungkan antara dunia kuno Eosen yang memiliki iklim tropsi dengan ekosistem yang lebih modern pada periode Miosen.
Perubahan besar selama periode Oligosen termasuk di dalamnya adalah ekspansi gobal padang rumput, dan regresi hutan tropis yang memiliki daun lebar yang tersebar di sabuk khatulistiwa.
Transisi lainnya dari periode Eosen ke Oligosen telah membawa beberapa ciri pada perubahan iklim Bumi secara global dari yang tadinya hanya iklim basah dan iklim tropis menjadi lebih beragam.
Terkadang lebih kering, dan juga mempunyai iklim subtropis. Peristiwa ini merupakan tanda awal kemunculan iklim dingin. Di wilayah utara Amerika dan beberapa wilayah Eropa, periode Oligosen ditandai dengan erosi yang memunculkan pegunungan besar Eosen.
Bumi pada masa Oligosen
Di kawasan Asia selama pertengahan dari periode Oligosen, lapisan daratan India bertumbukan dengan Eurasia menandakan dimulainya proses tumbukan Himalaya.
Peristiwa itu telah memberikan dampak yang serius pada beberapa wilayah di Asia Tengah dan juga wilayah Timur. Selandia Baru pada periode Oligosen tenggelam 2/3 Selandia Baru modern yang ada saat ini tertutupi lautan.
Antartika membentuk lapisan es dengan volume besar sehingga menyebabkan terjadinya iklim dingin dan bumi memiliki lebih banyak opsi musim. Gelombang iklim dingin ini menyebabkan kepunahan pada beberapa jenis mamalia yang telah terbiasa pada keadaan tropis.
Di lautan, beberapa penghuninya kemudian beradaptasi menjadi organisme yang dapat bertahan dengan temperatur rendah. Sebagian dari mereka bersama-sama menuju wilayah ekuator yang memiliki suhu hangat agar dapat bertahan.
Gejala dari turunnya suhu ini juga telah bertanggung jawab atas berkurangnya plankton. Hal ini berdampak cukup serius karena plankton dalam ekosistem laut adalah rantai makanan yang paling bawah.
Pada pertengahan periode Oligosen, terjadi regresi kehidupan biota laut secara global karena terus bertambahnya jumlah es di Antartika, kemunduran jumlah spesies laut, yang di dahului oleh plankton dan spesies invertebrata akhirnya membawa dampak serius.
Diperkirakan mamalia laut seperti jenis archaeocete (paus purba) kemudian punah dan pada perkembangannya nanti akan tergantikan oleh saudara mereka yang lebih modern.
Iklim yang lebih dingin dan juga lebih kering ternyata berdampak positif pada evolusi jenis tumbuhan belukar. Mereka bahkan telah menyebar selama beberapa juta tahun dan menjadi tumpuan makanan bagi hewan, memberikan perlindungan bagi hewan kecil, dan telah menstabilkan tanah hingga mengurangi erosi.
Jenis rerumputan dan belukar tersebut memiliki serat yang tinggi dan rendah protein akan tetapi harus dikonsumsi dalam jumlah besar agar bisa mendapatkan nutrisi yang cukup.
Selain itu, tumbuhan belukar tersebut juga mengandung pecahan-pecahan kerikil kecil yang lama kelamaan dapat meratakan gigi hewan, mungkin ini yang menyebabkan evolusi hewan-hewan dengan gigi rata agar beradaptasi dengan jenis makanan yang ada. Salah satunya adalah jenis kuda merohippus.
Di kawasan Eropa dikenal istilah Grand Coupure yang merujuk pada saat banyak kelompok hewan termasuk jenis primata terancam kepunahan, khususnya artiodactyla dan perissodactyla, juga kepunahan spesies lainnya.
Selama masa tersebut setidaknya terjadi 17 kepunahan, 20 peristiwa kemunculan pertama, dan 25 jenis mamalia yang tidak terpengaruh proses kepunahan pada batas Eosen- Oligosen.
Periode Oligosen akhir ditandai dengan adanya ekspansi padang rumput yang menjadi saksi atas dominasi mamalia seperti jenis anjing, gajah, kuda, rusa, unta, keluarga kucing, dan juga primata.
Kontinuitas migrasi mamalia darat dari Asia ke wilayah-wilayah Amerika telah menyebabkan keragaman dari beberapa garis keturunan di dua wilayah tersebut, kecuali Australia.
Beberapa hasil penelitian dan bukti dari penelitian DNA menunjukkan bahwa nenek moyang dari kera modern berevolusi antara 33 juta hingga 20 juta tahun yang lalu, namun fosil yang mendukung pendapat ini belum diketemukan pada periode Oligosen. Bukti kera modern justru muncul Pada periode berikutnya yaitu periode Miosen.