اضطربت السهول المنبسطة في نحو نهاية العصر الثالثي بحركات أرضية هائلة. ورفعت هذه الأنشطة مناطق ضخمة من أستراليا الغربية، مُشكِّلة الجبال الكبرى الفاصلة، وتُعرف هذه الفترة من النشاط الجيولوجي بحركات كوسيياسكو، ورُفِعَت كذلك مناطق الدرع في أستراليا الغربية على نحو إضافي فوق مستوى البحر في هذا الزمن.
وتعد السلسلة العظيمة من البراكين والصخور البركانية التي امتدت عبر الطرف الشرقي للقارة من كوينزلاند الشمالية إلى تسمانيا أحد العناصر المهمة في جيولوجية العصر الثالثي وانسكبت الحمم في بعض المناطق فوق البلاد، مالئةٍ الوديان وتصلَّبت في أرض منبسطة. وغطَّت الحممُ الرسوبيات الحاملة للذهب في مناطق عديدة. وأصبحت هذه المناطق فيما بعد مناجم للذهب.
أصبحت الحياة على البر وفي البحر أثناء العصر الثالثي مشابهة كثيرًا للحياة في هذه الأيام؛ فلقد انقرضت الزواحف الضخمة لحقب الحياة المتوسطة، وبقيت الزواحف الأصغر فقط في نهاية العصر الطباشيري (الكريتاسي) . وازدهرت الثدييات، وبدأت في الظهور أشكال أكثر تطورًا. وأصبحت الطيور المشابهة للطيور الحديثة شائعة في هذه الفترة.
العصر الرابعي. يمتد إلى ماقبل الزمن الحالي بنحو مليوني سنة خلت. وخلال هذا العصر، ترسّبت على مدى واسع في أستراليا رسوبيات رقيقة. وتجمّعت من الرياح كثبان رملية فوق الكثير من صحاري أستراليا الداخلية. وتشكَّلت كذلك ترسبات من الحصى والرمال النهرية والطين في السهول الداخلية لكوينزلاند ونيوساوث ويلز وفكتوريا.
هبط مستوى البحر العالي وارتفع عدة مرات أثناء العصر الرابعي بسبب فترات جليدية متكررة. وفي كل مرة يهبط فيها مستوى البحر، يتم اتصال البر الرئيسي الأسترالي بتسمانيا وغينيا الجديدة، وبشكل غير مباشر مع جنوب شرقي آسيا. وخلال الفترة الجليدية الأخيرة دخل الأستراليون الأصليون أستراليا عبر هذه الجسور البرية. وكان هذا منذ 40,000 سنة خلت على الأقل.