Разнообразие непарнокопытных, в отличие от парнопалых, в позднем кайнозое сократилось (сейчас их осталось всего 6 родов).

Парнопалые (свиньи и жвачные) — самые многообразные среди крупных млекопитающих. Их зубы тоже пригодны для перетирания. Удлинение зубов и связанный с ним рост верхней челюстной кости сдвинули мозговую коробку назад. Хотя кишечное брожение жвачного типа возникло уже в середине палеогенового периода, распространились парнопалые в начале неогенового периода (быки, овцы, козы, жирафы, вилороги, олени, верблюды, гиппопотамы). Заднекишечные ферменты непарнокопытных годятся для быстрого переваривания обильного грубого корма. Жвачные с переднекишечными ферментами, разрушающими клетчатку, переваривают медленнее, но извлекают больше энергии из того же объема пищи. При этом не обязательно отращивать тушу свыше тонны весом. (Все сухопутные гиганты — заднеферментные.) Опять же способность переварить худшую пищу позволяет парнопалым не слишком зависеть от сезонности кормов. Их избирательность в еде тоже имеет преимущество над неразборчивостью лошадей. Итог — больше видов на единицу площади.

Среднепалеогеновые археомерициды (греч. «древнее бедро») стали предками высших жвачных. Это были стадные грациозные животные размером меньше кошки (13–15 см в холке, до 50 см длиной и весом около 2 кг.) Над заостренной мордочкой торчали маленькие уши. Короткое туловище с выгнутой спиной низко сидело на укороченных пятипалых передних конечностях и удлиненных четырехпалых задних. Сзади свисал длинный хвост. Ели они прямо с земли смешанную пищу, включая насекомых, мелких позвоночных, плоды и листья.

Челюсти двигались вертикально с помощью височной мышцы, заполнявшей своим основанием почти всю заглазничную область, как у хищных. Предкоренные зубы были режущие, как у насекомоядных и хищников, но коренные — Уже годились для перетирания. Обоняние у этих обитателей влажных лесов развилось, как у примитивных насекомоядных и современных оленьков. Слух и зрение были слабые. Их прыгающий скоростной аллюр был похож на рикошетирующий прыжок сумчатых. Задние ножки, на которые приходилась опора, после отрыва выносились далеко вперед. Передние конечности также использовались для рытья.

Современные семейства жвачных появились в конце палеогенового периода, а олени, жирафы и полорогие известны с начала неогенового. Улучшение бега стало ключевым приспособлением парнопалых наряду с пищеварением. (У парнопалых нагрузка распределяется на два смежных — третий и четвертый пальцы.) Иноходь верблюдов позволяет им делать очень длинный шаг, при котором конечности не мешают друг другу. Такой «аллюр» очень хорош на открытой местности, где маневренность не особо важна, хотя боковая устойчивость падает. Поэтому конечности у них ставятся как можно ближе к средней линии и животное ступает на пальцах. В сухих условиях у верблюдов развилась длиннозубость, позволившая жевать грубый корм.

В раннем кайнозое Африка была частично изолирована от лежащих севернее материков, когда там возникло несколько особенных отрядов млекопитающих, включая слонов и даманов. Древнейшие остатки хоботных найдены в нижнепалеогеновых слоях Алжира и Марокко. Это были мельчайшие (всего 10–15 кг весом) слоники с высоколобым черепом и сдвинутыми назад ноздрями, что означало появление хобота. Вторые верхние и нижние резцы увеличились, а на коренных зубах появились поперечные гребни. В дальнейшем рост слонов происходил за счет удлинения ближних к телу костей конечностей. Верхняя губа вытянулась и вместе с ноздрями преобразилась в мускулистый хобот, удобный для питания. Вторые резцы выросли в бивни.

Хобот — это мускульный насос. Мускулы в нем располагаются по-разному: по окружности, вдоль хобота и наклонно к его продольной оси. При сокращении радиальных мускулов хобот растягивается, при сокращение продольных — сжимается, а при сокращение косых мускулов — сворачивается или изгибается. Емкость его остается неизменной, как объем воды, из которой мускулы в основном состоят.

Позднепалеогеновые хоботные ходили на столбовидньгх конечностях с короткими пятипалыми стопами и кистями. У гомфотериид (греч. «звери-шкворни») из удлиненной нижней челюсти торчали длинные уплощенные резцы, а из верхней — бивни. В начале неогенового периода хоботные расселились в Азии, а затем и на других материках. Современное семейство слонов появилось в середине неогенового периода. На зубах у них проступили широкие поперечные гребни-терки. Слоны отличаются уникальным строением и сменой зубов: коренные — настолько длинные, что передняя часть зуба прорезается и вступает в дело, когда задняя продолжает развиваться. По мере образования зубов в задней части нижней челюсти они продвигаются вперед и замещают прежние зубы, выпадающие спереди (горизонтальное замещение). У неогеновых-четвертичных динотериоидов (греч. «страшные звери») вместо верхних бивней были загнутые нижние. А в Индии жили слоны с бивнями в 4 м длиной.

Вымершие водные десмостилии (греч. «связка» и «столб»), обитавшие в конце палеогенового — начале неогенового периода на северных окраинах Тихого океана, возможно, произошли от хоботных. Передние и задние конечности у них были прекрасно развиты, хотя кисть и стопа приспособлены для гребли. Хорошо выраженные резцы, удлиненные нижняя и верхняя челюсти и длинный зазор перед щечными зубами придавали им сходство с примитивными слонами. Но бивни образовались из клыков.

От самых больших перейдем к самым маленьким. Сейчас насчитывается более 1700 видов грызунов. Около 50 семейств, из которых четверть существует и ныне, возникли в кайнозое. Раннечетвертичный бобр-кастороид (греч. «боброподобный») был размером с медведя. В основном же грызуны — мелкие и очень мелкие зверьки. На зубах у них два слоя эмали, а резцы постоянно растут. Нижняя челюсть двигается вперед-назад. Появились они в начале палеогенового периода в Азии. Мышевидные (1135 современных видов) забегали в среднепалеогеновое время (хомяки), а собственно мыши — в средненеогеновое. За недавние 3 млн лет они произвели множество видов, а род «серая полевка» образовал в Северной Америке 217 видов и подвидов только за последние 1,5 млн. лет. В Южной Америке за 3,5 млн лет возникло 180 видов хомяковых.

Одновременно с грызунами развивались зайцеобразные. Они отличаются от грызунов наличием второй пары резцов и одним, а не двумя слоями эмали. Кроме того, зайцеобразные перетирают пищу поперечным движением челюстей. Характер прикуса у зайцеобразных сказался на их разнообразии, гораздо меньшем, чем у грызунов. Усиленная специализация коренных зубов с возникновением жевательной эмали происходила начиная с середины палеогенового периода не только в этих группах, но и у южноамериканских грызунов и в других местных группах млекопитающих.

К концу палеогенового периода многие растительноядные млекопитающие обзавелись рогами. Это накопленный избыток энергии потребовал выхода в поединках. В середине неогенового периода животные и бегать стали быстрее. Климат довольно слабо влиял на эволюцию млекопитающих и лишь в некоторые краткие периоды определял перестройки сообществ.