Наибольшее значение для расчленения и корреляции разрезов палеогена имеют остатки морских планктонных организмов (пелагические фораминиферы, наннопланктон, радиолярии, диатомеи и др.), а также миоспоры.
Биогеографическое районирование. В П. п. наметились контуры современных зоогеографических провинций. В Австралии с конца мела развивалась своеобразная фауна сумчатых и однопроходных. В начале эоцена обособилась Южная Америка, где развивалась фауна сумчатых, неполнозубых, копытных и длиннохвостых обезьян.
Для морской фауны П. п. характерны крупные фораминиферы — нуммулиты, достигавшие 10—12 см (французские геологи даже называли П. с. нуммулитовой). Достаточно широко были распространены и мелкие фораминиферы, и радиолярии. Большое распространение имели черви, губки, двустворчатые и брюхоногие моллюски, остракоды, морские ежи, морские лилии, мшанки, а в тёплых морях также брахиоподы и кораллы. По составу морской фауны наметились Атлантическая и Тихоокеанская зоогеографические провинции.
По миоспорам для начала П. п. Северного полушария установлено два типа флоры — с преобладанием типов Normapolles (к З. от долины Енисея) и с флорой Aquilapollenites (к В. от Енисея). Однако большее значение имела широтная зональность. В Северном полушарии выделились две флористические провинции: северная — Гренландская (Сибирь, Дальний Восток, территория США, Гренландия, Шпицберген) — характеризуется развитием листопадных широколиственных растений; южная (Западная Европа, Украина, Кавказ, Казахстан, юг Азии, территории Мексики) — распространением тропической влаголюбивой растительности (пальмы, лавры, бамбук, папоротники), которая в олигоцене становится ксерофитной. В связи с прогрессирующим похолоданием климата в олигоцене более отчётливо проявилась климатическая широтная зональность. К концу олигоцена в южных районах СССР впервые распространилась травянистая растительность. В морях П. п. большое развитие получили диатомовые водоросли и кокколитофориды (Украина, Поволжье, Западная Сибирь).
Отложения палеогеновой системы в СССР. На территории СССР осадки П. с. распространены весьма широко и представлены как в морских, так и в континентальных фациях. На Карпатах развит флиш, а выше — мощная толща «менелитовых» глин олигоцена. На территории равнинной Украины, южной части Белоруссии, в Литве, Нижнем и Среднем Поволжье, Предкавказье и Северном Прикаспии известны морские главным образом терригенные и кремнистые образования П. с., частично выходящие на поверхность. Некоторые горизонты (симферопольские нуммулитовые известняки, альминские известняки и др.) сложены карбонатными породами. Континентальные пески известны на Украинском кристаллическом щите, в Балтийской синеклизе, Днепровско-Донецкой впадине и к З. от Урала. Отложения П. с. на Кавказе отличаются пестротой фаций. Широко развит флиш и чёрные глины олигоцена (майкопская толща), а в Закавказье — вулканогенные образования. Значительное распространение отложения П. с. имеют в Средней Азии и Казахстане. Морские терригенные и карбонатные серии развиты на Мангышлаке, Устюрте, в Копетдаге, Каракумах и Кызылкуме, Северное Приаралье, Ферганской и Таджикской депрессиях, а на Бадхызе к ним присоединяются и вулканогенные образования. С конца эоцена большое распространение получили континентальные главным образом терригенные осадки (Таджикская, Ферганская, Чу-Илийская, Зайсанская депрессии, Тургайский прогиб и т. д.). В Западной Сибири палеоцен и эоцен сложены морскими сериями (терригенные осадки, обогащенные SiO2 ), а в олигоцене на В. Западно-Сибирской равнины отлагались аллювиальные, болотные и озёрные пески и глины. К В. от Енисея П. с. представлена континентальными осадками, в немногих местах сохранившимися от размыва. На Сибирской платформе они известны в бассейнах Ангары и Анабара, на Енисейском кряже. В Прибайкалье развиты аллювиальные образования (р. Селенга). Угленосные отложения П. с. отмечены во впадинах Якутии, Алтае-Саянской области, в ряде впадин Дальнего Востока, на Колымской низменности и на Новосибирских островах. Покровные галечники П. с. развиты на водоразделах в дельте Лены, на Северо-Востоке СССР и т. д. Вулканогенные серии П. с., иногда достигающие значительной мощности, широко развиты на Сихотэ-Алине, Северо-Востоке СССР (Омолонская возвышенность и др.) и среди морских отложений П. с. Корякского нагорья, Камчатки, Командорских и Курильских островов. Морские терригенные отложения П. с. к В. от Западно-Сибирской равнины известны на Новосибирских островах, Корякском нагорье (Анадыро-Пенжинская депрессия), на Камчатке и на Сахалине, где они чередуются с континентальными.