Le PETM aurait été causé par une libération massive de gaz à effet de serre, peut-être à partir d'éruptions volcaniques ou de libération de méthane du fond de l'océan. Ce réchauffement rapide a eu un impact profond sur la vie sur Terre, entraînant des extinctions, des changements dans les communautés végétales et animales et la montée de nouvelles espèces, y compris les ancêtres des mammifères modernes.
Bien que le PETM ne soit pas le début absolu de l'ère Cénozoïque, il marque un changement significatif dans le climat et l'environnement de la Terre qui ont inauguré l'ère dans laquelle nous vivons aujourd'hui.