За миоценовыми слоями, позднее их, напластовались плиоценовые слои.
Очень полная флора плиоцена описана Де-Папом для долины р. Роны, ниже города Лиона, где в то время существовал глубоко вдававшийся в материк морской залив. Берега залива, частью высокие и обрывистые, частью пологие, были прорезаны многочисленными речками и ручьями с быстрым течением, которые сносили в море остатки растений, росших на их пути. Выносы ручьев и образовали мергелистые рухляки, богатые остатками растений.
По остаткам удалось выяснить полную картину плиоценовых лесов этой местности. Состав их соответствовал теплому а солнечному климату с очень мягкой, лишенной морозов, зимой. Совместно росли растения, родичи которых теперь встречаются одни в Америке, другие в Китае, третьи на Канарских островах, часть же и теперь свойственна странам, примыкающим к Средиземному морю. У морского берега росли пальмы «сабаль» с низкими стволами и крупными веерными листьями, на влажных местах располагались кусты восковниц, на высоких мысах на солнце — каменные дубы образовывали кудрявые рощи. По берегам озер и речек за полосой тростников высились ольхи, окруженные группами олеандров, ивы, осокори, серебристые тополя, разнолистный или евфратский тополь соперничал с осиной и уступал густой тени платанов. На горных склонах росли деревья гинкго, тюльпанные деревья, лавр, сассафрас, серый орех и орех хиккори, свойственные теперь только востоку Северной Америки. Увитые павоем и другими лианами, деревья эти образовывали великолепный широколиственный лес. Выше в горах чередовались теневые и солнечные склоны. На, первых высился лес из канарского и коричного лавров, остролиста и других вечнозеленых деревьев, с массою крупных папоротников, свойственный ныне, главным образом, горным склонам Канарских островов. На более солнечных склонах лес был образован дубами, кленами, каштаном, грабом, ильмом. Особенно велики были дубы, среди которых можно с уверенностью указать на пробковый дуб и дуб каменный. Среди леса выдавались скалы известняка, на которых деревья расти не могут. Их заменяли кустарниковые заросли из мелких дубов, самшита, кустарникового клена, калины и других пород.
Выше 1000 м над уровнем моря дубовые леса сменялись лесами из ореха, бука, кавказских деревьев лапины и дзельквы, а также клена, явора. Еще выше, в полосе между 1200 и 1800 м. высился хвойный лес, состоявший из японского дерева торреи, калифорнийской секвойи и, по-видимому, тенерифской сосны.
В настоящее время долина Роны имеет климат немногим холоднее того, который требовался для только что перечисленных деревьев, но он сух и очень неблагоприятен для роста большинства из них. Если теперь количество выпадающих за год дождей измеряется для этих мест величиной в 600 мм, то для таких деревьев, как только что названные хвойные, требуется не менее 1200 мм, т. е. вдвое более.
Замечательно, что в этой плиоценовой флоре 67 % растений тождественны уже с ныне живущими, но только 37 % удержались в долине Роны до наших дней, остальные вытеснены частью в различные местности Средиземноморья или даже к Аральскому морю, частью сохранились в некоторых отдаленных странах, вплоть до Японии и Калифорнии. Наряду с этим в плиоценовой флоре Европы сохранились еще пальмы и тюльпанные деревья, изобиловавшие в эоценовое время. Некоторые из них процветали уже в эпоху мела.
В Англии в это время растительность носила значительно более суровый характер. В Норфольке найдены слои с остатками, принадлежащими исключительно хвойному лесу, состоявшему из современных пихт, ели и сосны, к которым примешивались тисе, обыкновенный дуб, кустарниковый орешник и горная сосна. В озерных отложениях тут же найдены остатки кувшинок желтой и белой. Хотя пихта и ель к началу исторического периода в Англии и вымерли, но все же ясно, что человек, попавший в английский плиоценовый лес, чувствовал бы себя в нем, как в современном лесу средней Европы.
В новейшее время общая картина третичной флоры пополнилась многочисленными новыми находками. Берри опубликовал для нижнего эоцена Северной Америки сводную флору по данным из 132 местонахождений, состоявшую из 543 видов и 180 родов [44]. Не считая папоротников, хвойных и пальм, здесь найдено 10 видов из семейства грецкого ореха, 10 аралиевых, 39 лавровых, 11 миртовых, 17 крушинковых, 28 хлебоплодниковых (сюда и род фикус), 33 цезальпиниевых, 14 мимозовых, 17 мотыльковых, 11 стеркулиевых и масса других двусемядольных, преимущественно деревьев и кустарников, причем 83 рода из этой флоры неизвестны для верхнемеловых отложений.
Разнообразие этой вечнозеленой лесной флоры свидетельствует, что климат страны был и теплее и влажнее, чем теперь.