Paleosen-Eosen Termal Maksimumu (PETM), yaklaşık 56 milyon yıl önce gerçekleşen ve jeolojik ölçekte son derece hızlı sayılan bir küresel ısınma olayıdır. Oksijen izotopları ve derin deniz çökellerindeki karbon izotop kaydı, 20.000 ila 50.000 yıl gibi kısa bir sürede küresel ortalama sıcaklığın 5 ila 8°C yükseldiğini göstermektedir. Kutuplarda bile timsah ve palmiye ağaçlarına ait fosiller bu dönemden kalmıştır.

Isınmanın tetikleyicisi hâlâ kesin biçimde belirlenememiştir. Başlıca öne sürülen mekanizmalar arasında Kuzey Atlantik'teki büyük ölçekli volkanizma (Thulean volkanik eyaleti), derin deniz tabanındaki metan hidratlarının aniden çözülmesi ve organik karbon depolarının yanması yer almaktadır. PETM sırasında atmosfere salındığı tahmin edilen karbon miktarı, iki binden fazla gigaton olarak hesaplanmaktadır — bu, yakın dönem ölçütleriyle bile dev bir karbon nabzıdır. Bununla birlikte salınım hızının günümüzde fosil yakıt yakımından kaynaklanan hızın çok altında kaldığı tahmin edilmektedir.

Derin okyanuslar için sonuçlar yıkıcı oldu. Büyük miktarda CO₂ deniz suyuyla birleşerek kalsiyum karbonat kabuklarını eriten karbonik asit üretti; bu okyanus asidifikasyonu derin deniz bentik foraminiferasının yüzde 35–50'sini yok etti. Karbonat telafisi zonunun çökmesi, bu katmanı derin deniz çökellerinde kolayca izlenebilir bir "karbonat eksikliği" tabakası olarak işaretlemektedir.

Öte yandan kara ekosistemlerindeki tablo farklıydı. Sıcak iklim, tropik ormanların kuzeyde bugünkü Alaska'ya kadar genişlemesini sağladı. Memeliler, PETM sırasında ya da hemen ardından hızla çeşitlenerek kıtalara yayıldı. En kritik gelişme: bilinen en eski gerçek primat fosilleri (55-mya-first-primates) bu dönemle örtüşmekte ya da hemen ardından gelmektedir. Memelilerin bu dönemdeki yayılışı, yeni oluşan kara köprülerinden ve genişleyen tropikal orman koridorlarından yararlanmasıyla mümkün oldu.

PETM, günümüz iklim bilimcileri tarafından kritik bir referans noktası olarak kullanılmaktadır. Benzer bir karbon nabzının ekosistemleri nasıl dönüştürdüğünü, deniz kimyasını nasıl bozduğunu ve biyotik tepkileri nasıl biçimlendirdiğini gösteren bu olay, hızlı ısınmanın olası gelecek sonuçlarını modellemek için vazgeçilmez bir jeo-analog niteliği taşımaktadır.