На протяжении раннего миоцена происходило общее похолодание. Это обстоятельство, а также установление сухопутных связей между Евразией и Африкой привели к значительному изменению животного мира. В Африке появились свиные (Suideae) и хищники, в Европе — креодонты и бовиды.

Приблизительно 17,5—16,8 млн лет назад в условиях, характеризующихся, с одной стороны, дальнейшим поднятием в районе Богемского массива, а с другой — расширением морского бассейна в Паннонии, на территории Средней Европы отмечен новый пришелец — гоминоид-плиопитек (Pliopithecus vindobonensis), остатки которого обнаружены и в СССР.

Начало среднего миоцена (17–16 млн лет назад) совпало с крупной трансгрессией Паратетиса, проходившей на фоне продолжавшейся трансгрессии Мирового океана. Паратетис сообщался с Тетисом глубоким проливом в районе Северной Югославии. В свою очередь, восстановилась связь Восточного Средиземноморья с Индо-Пацификой. В Восточном Паратетисе существовал солоноводный Тарханский бассейн, соединявшийся как с Западным Паратетисом, так и с Восточным Средиземноморьем. Тарханский бассейн сменился Чокракским, еще более значительным по размерам. Воды этого бассейна были также солеными. Вначале Чокракский бассейн соединялся с Тетисом, вскоре эта связь нарушилась. Позднее в пределах Паратетиса возник замкнутый Караганский бассейн. Этот водоем был солоноводный, но вследствие его замкнутости соленость его резко отличалась от нормальной. На дне бассейна осаждался гипс. Связь же Центральноевропейского Паратетиса с Тетисом сохранялась. Продолжавшееся сухопутное соединение с Африкой привело к появлению в Европе новых групп приматов, в том числе рамапитеков и сивапитеков. Примерно 14 млн лет назад в области Восточного Паратетиса существовал Конкский бассейн, воды которого имели нормальную соленость. Восстановилась связь Восточного Паратетиса с западным, а также с Тетисом и с Индо-Пацификой. Проливы, видимо, были в Восточной Грузии, в районе Месопотамии и Аравийской платформы.

В верхнем миоцене (14–10 млн лет назад) связь Паратетиса с бассейнами Передней Азии прекратилась. Одновременно еще более стабилизировалась сухопутная связь Евразии и Африки. 13–10 млн лет назад в области Восточного Паратетиса располагалось обширное Сарматское море. Это был замкнутый бассейн, лишь местами соединявшийся с океаном. Основную часть его занимал Эвксино-Каспийский водоем, к нему причленялся Дакийский. В свою очередь, этот небольшой бассейн был связан узким проливом с обширным Паннонским водоемом, который позднее прекратился в замкнутое озеро. В позднем сармате Эвксино-Каспийско-Дакийский бассейн сильно сократился в размерах и опреснился.

Приблизительно 12 млн лет назад на огромных пространствах Евразии и Северной Африки появились предки лошадей — гиппарионы. Это событие связывают с глобальной регрессией Мирового океана (есть точка зрения, согласно которой гиппарионы переселились из Северной Америки). В Тетисе происходила трансгрессия Тортонского бассейна. В период максимального подъема уровня Средиземное море ненадолго соединялось через проливы на севере Эгейского моря и Дарданеллы с Эвксинским бассейном.

Данные спорово-пыльцевого анализа и исследования фауны говорят о том, что климат Европы на протяжении тортонского времени был теплым и влажным. Большая часть обнаруженных костей животных принадлежит обитателям тропических и субтропических сильно заболоченных лесов (дриопитеки, носороги Шлейфмахера и др.). Более редкими были обитатели степей, в первую очередь гиппарионы.

Между тем в Восточном Паратетисе возник новый бассейн — Мэотис. Начальный его этап совпал с морской трансгрессией. Связь с Западным Средиземноморьем осуществлялась, видимо, через территорию Турции и Ирана. Позднее эта связь прекратилась и Мэотийский бассейн опреснился. Новый цикл развития Восточного Паратетиса совпал с возникновением Понтийского бассейна. Первоначально он состоял из нескольких соединенных между собой водоемов: Паннонского, Дакийского, Эгейского, Эвксинского, Каспийского. Он был связан со Средиземноморским бассейном проливами в районе Греции. На начальном этапе существования Понтийского бассейна климат был влажным и теплым, близким к субтропическому. По данным спорово-пыльцевого анализа, в Западной Грузии в то время росли пальмы, древовидные папоротники, лавровые деревья. Температура июля была не меньше 20–25 °C, а января +8.. +10 °C. Резкое похолодание и иссушение климата произошли в конце понтийского этапа. Исчезли субтропические леса; их место заняли травянистые ландшафты, переходящие на востоке в полупустыни. По оценкам палеоботаников, температуры января могли опускаться до —5…—10 °C. Примерно 6 млн лет назад тектонические процессы привели к тому, что Средиземноморский бассейн отделился от Атлантического океана. Образовавшийся водоем получил название Мессинского. В этом замкнутом бассейне шло интенсивное накопление солей. Мощные слои соли и гипса были обнаружены глубоководным бурением и эхозондированием в различных частях бассейна, в основном в пределах глубоководных впади и. Это событие известно в истории Средиземного моря как мессинский кризис солености.

На протяжении этого этапа уровень моря значительно понизился (по оценкам специалистов, на 1–3 км). Причины регрессии неясны. Ряд геологов предполагают, что понижение вызвано химическими процессами, протекавшими одновременно с осаждением солей. На осушенной поверхности дна сформировался рельеф пустынного типа. Климатические условия в то время отличались повышенной аридностью во всех частях Средиземноморского бассейна. Вечнозеленые леса, существовавшие в раннепонтийское время, сократились. Из животных широко распространились обитатели сухих саванн. Мессинский этап продолжался всего около 500 тыс. лет.

Примерно 5,4 млн лет назад в эвксинской зоне на смену Понтийскому бассейну пришло Киммерийское море, соединявшееся на западе с Дакийским. На юго-востоке Киммерийское море соединялось с Бабаджанским водоемом, занимавшим южную часть Каспийской впадины. Позднее Каспийский водоем полностью отделился от Эвксинского и превратился в замкнутый бассейн, известный геологам под названием Балаханского. Этот бассейн занимал наиболее пониженные районы Азербайджана и Западной Туркмении. Климат был достаточно теплым, спорово-пыльцевой анализ показывает, что берега Киммерийского моря были окружены субтропическими лесами и саваннами. По данным палеоботаников, в течение среднего этапа существования Киммерийского моря на территории Грузии росли субтропические леса, состоявшие из пальм, магнолий, лавра, фисташки, гинкго, папоротниковых деревьев. Средние температуры января составляли не менее 18 °C, а осадков выпадало не менее 2000 мм в год. Около 3,5 млн лет назад началось похолодание и аридизация климата, что сопровождалось глубокой регрессией Киммерийского бассейна.

Средиземноморский бассейн в тортонское время, около 12 млн лет назад [Rogl, Steininger, 1983]

Средиземноморский бассейн в мессинское время, 6–5,5 млн лет назад [Rogl, Steininger, 1983]

В Средиземноморье вслед за мессинской регрессией около 5,4 млн лет назад началась мощная трансгрессия, в результате восстановилась связь с океаном. Возникший морской бассейн получил название Занклийского. Он просуществовал вплоть до 3,5 млн лет назад. Его сменил бассейн, известный геологам под названием Пьяченца (или Плезанс). Переход к стадии Пьяченца совпал со значительным изменением в составе морской фауны: появились холодоустойчивые виды моллюсков. Этот же рубеж соответствует инверсии магнитного поля Земли — переходу от эпохи обратной полярности Гилберта к эпохе прямой намагниченности Гаусса.

Палеогеографические данные, полученные в разных частях Европы, свидетельствуют о том, что 3,4–3,2 млн лет назад произошла значительная перестройка природной среды. На юге Франции исчезли растения, развивавшиеся при круглогодичной влажности (в частности, таксодиевые). Их место заняли растения так называемого средиземноморского типа (фисташка, вечнозеленый дуб), которые хорошо переносят летние засухи. Как считают палеогеографы, именно в это время наступило общее похолодание и иссушение климата, в результате чего в Западном Средиземноморье возникли климатические условия, близкие к современным (с летними засухами).