В мезозой перестройка земной коры проходила в один этап – киммерийский, который приводит к расколу Пангеи 2. В конце триаса отделяется Гондвана, на рубеже триаса и юры – Северо-Американская и Восточно-Европейская платформы, к концу юры – Африканская, Индостанская и Австралийская платформы. К концу мела происходит новый раскол Гондваны – Австралия с Антарктидой перемещаются на юг, Африка движется на север, а Южная Америка – на запад. Начинается верхнемеловая трансгрессия моря.
Происходят крупные изменения в континентальной и океанической биосфере. Широкое распространение получают эпиконтинентальные моря, озера, заболоченные территории. В фауне господствуют рептилии (царство динозавров). Появляются новые виды: в триасе – млекопитающие, в юре – древние птицы, в меловой период – покрытосеменные. Их расцвет наступит после вымирания на рубеже мезозоя и кайнозоя: рептилий, аммонитов и многих других. Причины массовых вымираний пока не ясны.
Геохимическая среда характеризуется разнообразием кислотных и щелочных условий. С точки зрения геохимической эволюции биосферы и осадочных процессов наиболее характерным является накопление в океанической гидросфере пелагических фаций карбонатов кальция в виде мела, известняков, мергелей и др.