1. Varhaiset valaat:
Varhaisen tertiaarikauden aikana, joka tunnetaan paleoseeni- ja eoseeniaikakausina, valaat olivat siirtymässä maalla olevista nisäkkäistä täysin vesieliöiksi. Archaeoceti, jota pidettiin varhaisimpina valaisina, säilytti edelleen takaraajat, mutta oli jo sopeutunut merelliseen elämäntapaan. Joitakin merkittäviä esimerkkejä ovat Pakicetus, Ambulocetus ja Basilosaurus.
2. Valanluuvalaat (Mysticeti):
Mioseenikausi (23–5 miljoonaa vuotta sitten) todisti paalivalaiden tai mysteerien ilmaantumisen. Nämä valaat, joille on ominaista paalilevyjen läsnäolo hampaiden sijasta, menestyivät erilaisissa valtameriympäristöissä. Eräitä hyvin tunnettuja mysteekejä tertiaarikaudelta ovat Balaenoptera (sinivalaat, evävalaat), Eschrichtius (harmaavalaat) ja Megaptera (ryhävalaat).
3. Hammasvalaat (Odontoceti):
Tertiaarikaudella monimuotoistui myös hammasvalaat tai odontocetes, joihin kuuluvat delfiinit, pyöriäiset ja kaskelotit. Nämä valaat turvautuivat kaikulokaatioon ja erikoishampaisiin metsästääkseen ja navigoidakseen laajoissa valtamerissä. Merkittäviä esimerkkejä tältä ajanjaksolta ovat Kentriodon, Xenorophus ja Squalodon.
4. Maantieteellinen jakautuminen:
Tertiaarikaudella valaat asuttivat monenlaisia maantieteellisiä paikkoja, mukaan lukien Tethys-meri, Tyynenmeren ja matalat meret, jotka peittivät osia nykyaikaisesta Euroopasta, Aasiasta ja Pohjois-Amerikasta. Niiden leviämiseen vaikuttivat sellaiset tekijät kuin ruoan saatavuus, ilmasto-olosuhteet ja kilpailu muiden meren saalisttajien kanssa.
Yhteenvetona voidaan todeta, että tertiaarikaudella valaat kokivat merkittäviä evolutionaarisia muutoksia, jotka jakautuivat useisiin ryhmiin, kuten paalivalaisiin ja hammasvalaisiin. He asuivat erilaisissa valtamerissä ja niillä oli ratkaiseva rooli aikansa meriekosysteemeissä.