중생대 백악기의 뒤이며, 신생대 제4기의 앞이다. 약 6500만 년 전부터 200만 년 전까지의 약 6300만 년 간에 해당한다. 제3기라는 이름은 지각을 굳기 ·변질도 ·구조에 따라서 4분하였을 때의 3번째 지층이라는 데서 유래하며, 1759년 G.아르뒤노가 명명하였다. 제3기는 약 2600만 년 전을 경계로 하여 다시 고(古)제3기와 신(新)제3기로 나뉜다. 동물계에서는 중생대에 번영한 암모나이트나 공룡류가 완전히 사라졌고, 중생대에는 소형이었던 포유류가 고제3기에 들어오자 점차 대형화하였다. 신제3기에는 현대적인 것이 출현하여 유제류(有蹄類)의 장비목(長鼻目) ·우제목(偶蹄目)이 번영하였고, 식육목(食肉目)의 발전도 괄목할 만하다.
대형유공충에는 고제3기의 화폐석(貨幣石:Nummulites)이 잘 알려져 있고, 신제3기에는 미오깁시나(Miogypsina)가 번성했으며, 소형유공충도 우세하게 되었다. 신제3기의 조개류에는 이매패의 펙텐(Pecten)과 권패인 투리텔라(Turritella)가 널리 퍼져 있었다. 중생대와 신생대 사이에 동물계의 변화가 현저한 것에 비하여 육상식물은 백악기 후기에 출현한 것이 많았고, 속씨식물 특히 쌍떡잎식물이 우세하여 식물계의 변천사로 보면, 제3기는 떡잎식물시대에 속한다.
신제3기에는 초본류(草本類)가 급격히 증가하였다. 기후는 전반적으로 온난하였으나 신제3기 후기가 되자 점차 한랭해졌다. 해진(海進)은 신제3기 전기에 대규모로 진행되었다. 제3기는 조산운동(造山運動)의 시대로, 특히 신제3기는 지각운동이 격심한 시대였다. 고제3기에 이미 융기 ·습곡이 현저해진 알프스 ·히말라야 산맥 등의 이른바 카스카디아변혁이라는 조산운동이 신제3기가 되자 더욱 활발해졌다. 유럽에서는 고제3기 후기에 지각변동이 심했고, 북아메리카 서부에서는 백악기 말에서 고제3기 초에 걸쳐 격심한 지각변동이 일어났다. 또 신제3기에는 서태평양의 호상열도(弧狀列島)에서 활발한 화산활동을 수반한 지각변동이 일어났다. 제3기 말이 되어 해륙의 분포는 현재의 상태와 가깝게 되었다.