上新世时期沉积的地层称为上新统（Pliocene Series）。欧洲意大利波河谷的海相上新统研究较详，世界各地多与之对比。陆相以俄罗斯南部较发育。国际上将上新统自下而上划分为赞克尔阶、皮亚琴察阶和格拉斯阶。中国上新统除台湾等地为海相沉积外，其余广大地区均为陆相沉积。北方有土状堆积，以山西保德和陕西蓝田研究较详，一般统称为三趾马红土。在三趾马红土之上，第四系三门组之下，还有深红色土组成的静乐组。南方长江中下游地区及两广、云南诸省普遍有河湖相沉积。东部地区于上新世晚期普遍有玄武岩喷出。中国陆相上新统包括下部高庄阶和上部麻则沟阶。