如同其它古远的地质时代，白垩纪的岩石标志非常明显和清晰，其开始的准确时间却无法非常精确地被确定，其误差在几百万年之间。在侏罗纪与白垩纪之间没有灭绝事件或生物演化的特点，可以明确分开两个年代。

白垩纪结束的时间定的比较准确，是在BC6500万年至6600万年前结束，那时全地球的岩石层都含大量的铱。

一般以为，那时有一颗巨大的陨石撞击地球，在今墨西哥犹加敦半岛留下一个大型陨石坑。

这个陨石造成了大量生物灭绝，称为白垩纪–第三纪灭绝事件。但是，这个理论现在仍然有争议。

早期的科学文献将白垩纪分为三个时期，依年代早晚为：纽康姆世（Neocomian）、高卢世（Gallic）、森诺世（Senonian）。划出一个中统，至于中统的顶底界如何确定，尚有不同意见。

1974～1982年，国际上有一个“中白垩事件”组织，活动非常积极，主要是研究白垩纪期的生物地层学、海侵海退、缺氧事件、地磁场倒转、盐类和白垩的形成、南大西洋和莫桑比克峡谷的开裂，以及印度板块从冈瓦纳古陆的分离等课题。

白垩纪中期不是一个确切的地质时代概念，有人从阿普特期算起到桑顿期，多数人则从阿尔布期算起到康尼亚克期。

中白垩统的划分除中东地区外，国际上很少使用。白垩系二分法已沿用了几十年，见于大量的出版物及地质图件上，当前不宜于再改动。

白垩系的划分以欧洲海相地层为依据，最初以菊石为标准分6～7个阶（期），后来将某些亚阶升级，增加到12个阶（期），但仍有人习惯于把下白垩统下部的4个阶合称为尼欧可木阶（或译纽康姆阶）。上白垩统中部的康尼亚克、桑顿和坎潘3个阶合称为森诺阶。在这12个阶中可划分出53个菊石带，又以浮游有孔虫和钙质超微化石做为白垩系分阶、分带以及洲际对比的重要依据。

目前的科学文献一般将白垩纪分为晚、早两世，共计12期，都以欧洲的地层为名，从最晚到最早细分如下：

晚白垩世

Ⅰ.马斯特里赫特期：70.6 ± 0.6 – 65.8 ± 0.3百万年

Ⅱ.坎帕期：83.5 ± 0.7 – 70.6 ± 0.6百万年

Ⅲ.桑托期：85.8 ± 0.7 – 83.5 ± 0.7百万年

Ⅳ.科尼亚克期：89.3 ± 1.0 – 85.8 ± 0.7百万年

Ⅴ.土仑期：93.5 ± 0.8 – 89.3 ± 1.0百万年

Ⅵ.森诺曼期：99.6 ± 0.9 – 93.5 ± 0.8百万年

早白垩世

Ⅰ.阿尔布期：112.0 ± 1.0 – 99.6 ± 0.9百万年

Ⅱ.阿普第期：125.0 ± 1.0 – 112.0 ± 1.0百万年

Ⅲ.巴列姆期：130.0 ± 1.5 – 125.0 ± 1.0百万年

Ⅳ.豪特里维期：136.4 ± 2.0 – 130.0 ± 1.5百万年

Ⅴ.凡蓝今期：140.2 ± 3.0 – 136.4 ± 2.0百万年

Ⅵ.贝里亚期：145.5 ± 4.0 – 140.2 ± 3.0百万年

白垩纪这一时期形成的地层叫“白垩系”，用手可以搓碎，缩写记为K，是德文的白垩纪（Kreidezeit）缩写。

白垩层是一种极细而纯的粉状灰岩，是生物成因的海洋沉积，主要由一种叫做颗石藻（Coccoliths）的钙质超微化石和浮游有孔虫化石构成，在英、法海峡两岸形成美丽的白色悬崖。

白垩层不仅发育于欧洲，北美和澳大利亚西部也有分布。

白垩是石灰岩的一种类型，主要由方解石组成，颗粒均匀细小。白垩纪的气温则是高于今日约4摄氏度。

北美科学家已经放弃了过去有些作者把下白垩统单独划分出来叫做“科马奇系”的做法，而采取了国际通用标准。

但是，在广大的落基山区，白垩纪海侵是从早白垩世晚期开始的，普遍缺失早、中期沉积。

一，白垩统下部是著名的韦尔登群陆相地层，包括哈斯丁层和韦尔登泥岩两部分；

二，下白垩统上部是绿色砂岩层，包括阿普特和阿尔布两个期的沉积。

上白垩统即狭义的白垩层，包括从赛诺曼期到坎潘早期地层，顶部缺失坎潘中晚期和马斯特里赫特期沉积。

日本学者认为，日本诸岛远离西欧，属不同生物地理区系，与建立在欧洲基础上的国际标准分阶难以直接对比，独立划分海相白垩系为K1～K66个单元，在不同相区，使用不同的地层名称。

陆相白垩系在东亚腹地非常发育，富含石油、煤、盐类等矿产以及各种淡水和陆生动植物化石。

中国仅西藏、新疆喀什地区、黑龙江省东部和台湾岛才有海相白垩系沉积，其余广大地区则不同程度地发育了陆相地层。

中国东部沿海属环太平洋活动带，以红色及杂色岩层夹火山碎屑岩和熔岩为主；西北内陆盆地以杂色沉积岩层为主；西南和华中主要是红色岩层。东北下白垩统下部是含煤岩层，上部是湖相沉积，夹少许油页岩；上白垩统则是著名的含油岩系，与北美情况不同，含煤岩层很少。

我国白垩系生物地层学的研究，自20世纪50年代以来，取得了很大进展，但由于以陆相地层为主，研究基础比较薄弱，至今尚未完成区域性的建组和建阶工作，在各个地区已经建立起来的分层还不能完善地与海相标准分层进行对比。

侏罗–白垩系界线的划分成为长期争论的问题，看来在短期内还难以得到妥善解决。

白垩纪的海平面变化大、气候温暖，显示有大面积的陆地由温暖的浅海覆盖。

白垩纪是以欧洲常见的白垩层为名，但在全球其他地区，白垩纪的地层主要由海相的石灰岩层构成，这些海相石灰岩层是在温暖的浅海环境形成。高的海平面会造成大范围的沉降作用，因此形成厚的沉积层。

由于白垩纪的地层厚、时代较近，全球各地常发现白垩纪地层的露头。

白垩纪地层中常见白垩的成分。白垩是由海生颗石藻的钙质外壳微粒（球石粒）沉积而成；颗石藻是种白垩纪常见的藻类。

在欧洲西北部，常发现上白垩纪的白垩沉积层，包含：英格兰南岸的多佛白色峭壁、法国诺曼底海岸、以及低地国家、德国北部、丹麦沿岸。白垩的质地并不坚固，因此这些沉积层的质地松散。这些地层还包含石灰岩、砂质岩。这些地层可发现海胆、箭石、菊石、以及海生爬行动物（例如沧龙）的化石。

欧洲南部的白垩纪地层多为海相地层，主要由石灰岩、与少数的泥灰构成。在白垩纪时期，阿尔卑斯山造山运动还没发生，所以欧洲南部的白垩纪地层当时多为特提斯洋周围的大陆棚。

在白垩纪中期，海洋低层的流动滞缓，造成海洋的缺氧环境。

全球各地的许多黑色页岩层，即是在这段时期的缺氧环境形成。这些页岩层是重要的石油、天然气来源，北海便是如此。

巴列姆阶时期的气候出现寒冷的趋势，这个变化自侏罗纪最后一期就已开始。

高纬度地区的降雪增加，而热带地区比三叠纪、侏罗纪更为潮湿。但是，冰河仅出现高纬度地区的高山，而较低纬度仍可见季节性的降雪。

在巴列姆阶末期，气温开始上升，持续到白垩纪末期。气温上升的原因是密集的火山爆发，制造大量的二氧化碳进入大气层中。

中洋脊沿线形成许多热柱，造成海平面的上升，大陆地壳的许多地区由浅海覆盖着。位在赤道地区的特提斯洋，有助于全球暖化。

在阿拉斯加州与格陵兰发现的植物化石，以及自白垩纪南纬15度地区发现的恐龙化石，证明白垩纪的气温相当温暖。

热带地区与极区间的温度梯度平缓，原因可能是海洋的流动停滞，并造成行星风系的虚弱。分布广泛的油页岩层，以及缺氧事件，可证实海洋的流动停滞。

根据沉积层的研究指出，热带的海水表面温度约为42℃，高于现今约17℃；而全球的海水平均表面温度为37℃。而海洋底层温度高于我们现时的温度约15到20℃。

在白垩纪初期，冈瓦那大陆仍未分裂，而后南美洲、南极洲、澳大利亚相继脱离非洲，印度和马达加斯加还连在非洲上。南大西洋与印度洋开始出现。

这些板块运动，造成大量的海底山脉，进而造成全球性的海平面上升。

非洲北边的特提斯洋在变窄。西部内陆海道将北美洲分为东西两部，这个海道在白垩纪后期缩小，留下厚的海相沉积层，夹杂者煤矿床。

在白垩纪的海平面最高时期，地表上有1/3的陆地沉浸于海洋之下。

白垩纪因为黏土层而著名，这个时期形成的黏土层多于显生宙的其他时期。中洋脊的火山活动，或是海底火山附近的海水流动，使白垩纪的海洋富含钙，接近饱和，也使得钙质微型浮游生物的数量增加。分布广泛的碳酸盐与其他沉积层，使得白垩纪的岩石纪录特别多。

北美洲的著名地层组包含：堪萨斯州的海相烟山河黏土层、晚期的陆相海尔河组。其他的著名白垩纪地层包含：欧洲的威尔德（Weald）、亚洲的义县组。

白垩纪末期到古新世早期，印度发生大规模火山爆发，形成的德干地盾。

白垩纪时，南美洲与非洲大陆之间的裂谷迅速张开形成南大西洋，到末期已加宽到约3000千米。北大西洋裂谷位于格陵兰和北美东侧，随着北美洲向西漂移，裂谷在扩大。特提斯海把欧亚大陆与非洲分开，中南欧和中近东的许多国家当时都处于海侵中。

白垩纪时气候比较温暖，未见极地冰盖迹象。当时大部分地区雨量充沛，气候湿润，近海及滨海地带形成丰富的石油、煤、天然气和油页岩矿床，如美国的得克萨斯州、墨西哥、波斯湾、北非和俄罗斯的许多大油田，又如中国松辽平原上白垩统的大庆油田，东北和内蒙古下白垩统的许多大煤田。在一些气候干旱炎热的地区，如中国南方晚白垩世的西南湖群和云梦泽水系，有巨厚的膏盐矿床沉积。此外，在云南白垩纪红层中，含铜砂矿床品位高，规模大，易于开采和冶炼，是中国有名的铜乡。

白垩纪早期陆地上的裸子植物和蕨类植物仍占统治地位，松柏、苏铁、银杏、真蕨及有节类组成主要植物群。

被子植物开始出现于白垩纪早期，中期大量增加，到晚期在陆生植物中居统治地位，山毛榉、榕树、木兰、枫、栎、杨、樟、胡桃、悬铃木等都已出现，接近新生代植物群的面貌。

从侏罗纪开始出现的超微化石，其特点随产生层位不同而变化，具有重要的地层学意义，其中除颗石外，还有已经绝灭的微锥石（Nannoconus）、楔形石（Sphenolithus）等。

脊椎动物中爬行类从极盛走向衰落，主要代表有暴龙（霸王龙）、古魔翼龙、青岛龙等。

侏罗纪以前的硬鳞鱼被真骨鱼所代替。海洋无脊椎动物中浮游有孔虫异军突起，成为划分对比白垩纪中、晚期海相地层的重要依据，底栖大型有孔虫中也出现了许多标准化石。菊石和箭石演化迅速而明显，分布广泛，是传统的划分阶和带的标准化石。

群生底栖的固着蛤类（Rudistids）可形成礁体,为典型的暖水动物群，在中国西藏和南疆上白垩纪地层中均有发现。海胆在特提斯海中颇为繁盛，有少数标准种属。珊瑚和腕足动物在白垩纪居于次要地位。

淡水无脊椎动物也很丰富，如甲壳类的介形虫和叶肢介演化迅速，软体动物中的螺和蚌分布广泛，还有昆虫与淡水轮藻化石，它们中的许多种属都可以成为划分对比陆相地层的标准化石，在地质填图、石油和煤等矿产资源勘探中起重要作用。

中国早白垩世的植物地理分区非常明显，根据对孢子花粉的研究，境内至少存在两个明显差异的孢粉植物群。

(一)无缝双囊粉类–无突肋纹孢（Disacciatrileti-Cicatricosisporites）植物群。分布于北方区,主要包括东北和华北北部地区。这里植物繁茂，尤其是松科、罗汉松科和海金砂科等植物，形成丰富的煤藏。也说明这里是温暖潮湿气候带。

(二)克拉梭粉–莎草蕨孢（Clas-sopollis-Schizaeoisporites）植物群。分布于南方区,多产出于含膏盐沉积的红色地层，反映出当时较为炎热而干旱的气候环境。在北纬40°～50°之间，存在着一个呈北西西-南东东方向的条状过渡带,南北植物群发生混生现象。从全球分布来看，中国南、北两个植物区与干旱带和湿亚热带的情况相当。

白垩纪早期，以裸子植物为主的植物群落仍然繁茂，而被子植物的出现则是植物进化史中的又一次重要事件。

白垩纪有了可靠的早期被子植物，到晚白垩纪晚期被子植物迅速兴盛，代替了裸子植物的优势地位，形成延续至今的被子植物群，诸如木兰、柳、枫、白杨、桦、棕榈等，遍布地表。

被子植物的出现和发展，不仅是植物界的一次大变革，同时也给动物以极大的影响。被子植物为某些动物，如昆虫、鸟类、哺乳类，提供了大量的食料，使它们得以繁育；从另一方面看，动物传播花粉与散布种子的作用，同样也助长了被子植物的繁茂和发展。

开花植物（被子植物）在白垩纪开始出现、散布，但直到坎潘阶才成为优势植物。蜜蜂的出现，有助于开花植物的演化，开花植物与昆虫是共同演化的实例。同时，榕树、悬铃木、木兰花等大型植物开始出现。

一些早期的裸子植物仍继续存在，例如松柏目。南洋杉与其他松柏繁盛并分布广泛，而本内苏铁目在白垩纪末灭亡。

早白垩世仍以裸子植物中的苏铁类、本内苏铁类、银杏类和松柏类为主，真蕨类仍然繁盛。

从早白垩世晚期兴起的地被子植物到晚白垩世得到迅速发展，逐渐取代了裸子植物而居统治地位。本纪初期出现了被子植物，以后逐步发展。菊石和恐龙、翼龙、鱼龙、蛇颈龙等则由繁盛逐步趋于绝灭，哺乳类和鸟类成为新兴地动物类群。

白垩纪恐龙种类达到极盛，这时候最著名的恐龙是霸王龙，而当时海洋中巨大凶猛的爬行动物并不亚于霸王龙，其中混龙类的上龙和海生蜥蜴类的沧龙身长可超过15米，比我们认识的逆戟鲸和大白鲨都大。

白垩纪海洋中造礁的厚壳蛤达到极盛，一度取代珊瑚成为主要的造礁生物，使现代类型的珊瑚礁中断了将近七千万年。到大约六千七百万年前白垩纪结束时，这些海洋和陆地上的动物大量灭绝，只有少量残存在。

中生代许多盛行和占优势的门类，如裸子植物、爬行动物、菊石和箭石等，后期相继衰落或绝灭，新兴的被子植物、鸟类、哺乳动物及腹足类、双壳类等有所发展，预示着新的生物演化阶段新生代的来临。脊椎动物中的爬行类从晚侏罗世至早白垩世达到极盛，代表有暴龙、翼龙、青岛龙等，随后走向衰落。

白垩纪末，恐龙、菊石和其他生物类群大量绝灭。引起这次生物大规模绝灭的原因，有许多争论。

有人认为是宇宙中的一颗巨大流星体撞击地球所致，其依据是在白垩系和第三系界线上粘土岩中铱元素含量异常高。

动物界里，哺乳动物还是比较小，只是陆地动物的一小部分。陆地的优势动物仍是主龙类爬行动物，尤其是恐龙，它们较之前一个时期更为多样化。

翼龙目繁盛于白垩纪中到晚期，但它们逐渐面对鸟类辐射适应的竞争。在白垩纪末期，翼龙目仅存两个科左右。

鸟类是脊椎动物向空中发展取得最大成功的类群。白垩纪早期鸟类开始分化，并且飞行能力及树栖能力比始祖鸟大大提高。我国古生物学家发现的著名的“孔子鸟”就是早白垩世鸟类的代表分子。

白垩纪末，地球上的生物经历了又一次重大的灭绝事件：在地表居统治地位的爬行动物大量消失，恐龙完全灭绝；一半以上的植物和其他陆生动物也同时消失。究竟是什么原因导致恐龙和大批生物突然灭绝？这个问题始终是地质历史中的一个难解之谜。普遍被大家接受的观点是陨石撞击说。引人注目的是，哺乳动物是这次灭绝事件的最大受益者，它们度过了这场危机，并在随后的新生代占领了由恐龙等爬行动物退出的生态环境，迅速进化发展为地球上新的统治者。中国辽宁省的炒米店子组发现了大量的白垩纪早期小型恐龙、鸟类、以及哺乳类。这里发现的多种手盗龙类，被视为恐龙与鸟类间的连结，其中包含数种有羽毛恐龙。

昆虫在这个时期开始多样化，并发现最古老的蚂蚁、白蚁、鳞翅目（蝴蝶与蛾）。芽虫、草蜢、瘿蜂也开始出现。

海洋里，我们认识的鳐鱼、鲨鱼和其他硬骨鱼也常见了。海生爬行动物则包含：生存于早至中期的鱼龙类、早至晚期的蛇颈龙类、白垩纪晚期的沧龙类。

杆菊石具有笔直的甲壳，属于菊石亚纲，与造礁生物厚壳蛤同为海洋的繁盛动物。黄昏鸟目是群无法飞行的原始鸟类，可以在水中游泳，如同现代䴙鷉。有孔虫门的球截虫科（Globotruncanidae）与棘皮动物（例如海胆、海星）继续存活。在白垩纪，海洋中的最早硅藻（应为硅质硅藻，而非钙质硅藻）出现；生存于淡水的硅藻直到中新世才出现。对于造成生物侵蚀的海洋物种，白垩纪是这些物种的演化重要阶段。

剧烈的地壳运动和海陆变迁，导致了白垩纪生物界的巨大变化，中生代许多盛行和占优势的门类（如裸子植物、爬行动物、菊石和箭石等）后期相继衰落和绝灭，新兴的被子植物、鸟类、哺乳动物及腹足类、双壳类等都有所发展，预示着新的生物演化阶段——新生代的来临。

爬行类从晚侏罗世至早白垩世达到极盛，继续占领着海、陆、空。鸟类继续进化，其特征不断接近现代鸟类。哺乳类略有发展，出现了有袋类和原始有胎盘的真兽类。鱼类已完全的以真骨鱼类为主。

白垩纪的海生无脊椎动物最重要的门类仍为菊石纲，菊石在壳体大小、壳形、壳饰和缝合线类型上远较侏罗纪多样。白垩纪时南方古大陆继续解体，北方古大陆不断上升，气候变冷，季节性变化明显。杂食性、食虫性、以及食腐动物在这次灭绝事件中存活，可能因为它们的食性较多变化。白垩纪末期似乎没有完全的草食性或肉食性哺乳动物。哺乳动物与鸟类借由以昆虫、蚯蚓、蜗牛等动物为食，而在K-T事件中存活，而这些动物则以死亡的植物与动物为食。科学家假设，这些生物以生物的有机碎屑为生，因此得以在这次植物群崩溃的灭绝事件存活。

在河流生物群落中，只有少数动物灭亡；因为河流生物群落多以自陆地冲刷下来的生物有机碎屑为生，较少直接以活的植物为生。海洋也有类似的状况，但较为复杂。生存在浮游带的动物，所受到的影响远比生存在海床的动物还大。生存在浮游带的动物几乎以活的浮游植物为生，而生存在海床的动物，则以生物的有机碎屑为食，或者可转换成以生物的有机碎屑为食。

在这次灭绝事件存活下来的生物中，最大型的陆地动物是鳄鱼与离龙目，是半水生动物，并可以生物碎屑为生。现代鳄鱼可以食腐为生，并可长达数月未进食；幼年鳄鱼的体型小，成长速度慢，在头几年多以无脊椎动物、死亡的生物为食。这些特性可能是鳄鱼能够存活过白垩纪末灭绝事件的关键。

白垩纪是地球上海陆分布和生物界急剧变化、大西洋迅速开裂和火山活动频繁的时代，后期地势低平发生了广泛的海侵。晚白垩世被子植物代替裸子植物在陆上占优势，是植物界的一大变革。动物界在白垩纪末才发生重大变化，恐龙、菊石和其他许多生物类群大量灭绝，预示着新生代即将开始。对引起这次大规模生物灭绝的原因，在国际科学界展开了热烈的争论。颇为流行的“地外事件”学说认为，地球上一些地方，白垩-第三系界线上的粘土岩中铱元素异常高含量，是宇宙中一颗巨大的流星碰撞地球产生的类似核冬天效应的结果，据此，在世界各地确定白垩-第三系界线时，铱异常就是一条重要原则。但是，对“地外事件”持怀疑和反对意见的人也不少，他们认为，白垩纪末生物大规模灭绝是逐渐发生的，是生态改变的结果，而不是一次简单的天外来客撞击地球所引起的灾难。

白垩纪（英语：Cretaceous Period）是地质年代中中生代的最后一个纪，长达7000万年，是显生宙的最长一个阶段。

西部该年代的地层主要为白垩沉积而得名。白垩纪位于侏罗纪和古近纪之间，约1亿3700万年（误差值为400万年）前至6500万年前（误差值为30万年）。白垩纪-第三纪灭绝事件是地质年代中最严重的大规模灭绝事件之一，包含恐龙在内的大部分物种灭亡。

如同其它古远的地质时代，白垩纪的岩石标志非常明显和清晰，其开始的准确时间却无法非常精确地被确定，其误差在几百万年之间。在侏㑩纪与白垩纪之间没有灭绝事件或生物演化的特点，可以明确分开两个年代。白垩纪结束的时间定的比较准，是在6550万年前左右（有科学家估计为6590万年前），那时全地球的岩石层都含大量的铱。一般以为，那时有一颗巨大的陨石撞击地球，在今墨西哥犹加敦半岛附近有一个大坑。这个陨石造成了大量生物灭绝，称为白垩纪-第三纪灭绝事件。但是这个理论有争议。

2014年9月15日，自贡恐龙博物馆与中国地质大学专家对泸州市叙永县大石乡境内新阳、龙井两村发现的恐龙足迹进行实地考察研究，结论为距今约一亿年白垩纪时期的三个种类恐龙足迹。

2022年，山东省诸城市恐龙文化研究中心工作人员在春季野外化石勘察过程中，在诸城市的主要化石遗迹区新发现一处较为完整的水波纹遗迹化石和一些大型恐龙足迹化石。该化石遗迹区地质地貌发育及保存比较完整，经过对周围岩层沉积和遗迹化石点周围地层岩层特征对比分析，初步断定为早白垩世地质地层。

2022年01月，台州临海发现距今1亿多年白垩纪鱼化石，最大块化石里是一整条栩栩如生的鱼。

2020年3月份美国地理学会的期刊《古海洋学和古气候学》上一项新研究说，白垩纪晚期的软体动物贝壳化石透露出一个秘密：恐龙时代结束时，地球自转比今天快，每年地球要自转372次，而目前是365次。这意味着白垩纪的一天，仅持续23个半小时。

2023年8月，在巴彦淖尔古生物化石保护研究所与中国科学院古脊椎动物与古人类研究所开展古生物化石调查过程中，工作人员在乌拉特后旗巴音满都呼恐龙化石保护区发现一件白垩纪蜥蜴类头骨化石。

2023年10月，“巅峰使命”卓奥友峰科考古生物分队在距今7000万年的白垩纪末期地层中，科考队员发现异形菊石，描绘出第五次生物大灭绝前一些生物类群已发生遗传紊乱。