2400万年前頃なると東アジア大陸の端で溝（裂け目）ができ、湖や湿地ができました。その後、裂け目が拡がり、日本列島が分かれて、日本海が形成され、約1500万年前に現在の位置に移動し、日本列島の骨格ができたといえます。現在の日本列島には、日本海の始まりからできあがるまでの地層が残っており、当時の環境を知ることができます。

日本列島が誕生する直前の2400万年〜2000万年前頃の気候は冷涼で、カバノキ科、ニレ科、ブナ科などの落葉広葉樹を主にした冷温帯性の植物化石が産出します。これらはアジア大陸の東の端の植生を示しています。

日本海が拡大し日本列島ができた1800万年〜1500万年前の頃は、日本列島とは言っても、現在とは異なり多くの小島が連なった状況でした。約1600万年前の最も温暖な時期には、東北地方までビカリア、マングローブシジミなどマングローブに棲む貝がいたほど温暖でした。この温暖な時代の植物化石は、常緑広葉樹が多く、ブナ科、クスノキ科、マメ科などが見つかります。

その後、1000万年前の中新世後期には、現在の種類にとてもよく似た植物化石が現われます。現在のブナ林を思わせるようなムカシブナをたくさん含む植物化石群も見つかっています。そして、昆虫化石の中には、日本固有のオオオサムシ亜属が含まれています。この時期に、日本列島固有の生物相ができはじめたと考えられます。