含煤盆地的沈積環境與古氣候密切相關，中國大陸的古氣候在新生代發生了巨大的變化。在古近紀，從新疆到福建、浙江在西北-東南方向有壹個全球幹旱氣候區，受大興安嶺、太行山、呂梁山的影響，北部有壹個溫暖濕潤的氣候區，東部降雨較多。南方前期幹燥，中後期潮濕，南嶺南部多雨。現代海域的古氣候為半幹旱半濕潤氣候。受古氣候條件的制約，古近紀含煤盆地主要形成於大陸東北部和南嶺以南。新近紀，幹旱氣候區範圍縮小，除西北和華北西部氣候幹燥外，大部分地區氣候濕潤，分帶不明顯。新近紀亞熱帶北界南移，北部聚煤作用減弱。含煤盆地規模小且分散。由於受印度洋季風的影響，南嶺以南，尤其是雲南，雨量充沛，植被茂盛，聚煤力強。
古近系中國大陸的古構造、古地理明顯繼承自白堊紀，古近系含煤盆地的分布與其明顯相似，除古氣候因素外，主要由古構造、古地理所致。受亞洲大陸太平洋板塊的影響，燕山晚期以來在大陸東部形成了區域性伸展，產生了NE向沈降帶和隆起帶。古近系分布於華北裂谷系和近海大陸邊緣，邊緣帶充填含煤層序，形成大斷裂帶含煤性好的斷陷盆地。
新近紀的構造格局又發生了變化。大陸東部沈降帶以大型坳陷盆地為特征。由於物源等成煤條件的不匹配，大型沈積凹陷未形成良好的含煤沈積建造，從而結束了早白堊世和古近紀為東北大陸主要含煤分布區的歷史。新近紀，在印度板塊的推動下，青藏高原和廣大的西北地區急劇上升，西部海域退出大陸。位於第二級臺階上的雲貴高原處於大陸低窪地區，含煤碎屑巖沈積在壹系列斷陷中。東部形成穩定的含煤湖相細碎屑巖，西部發育洪沖積粗碎屑巖與湖相細碎屑巖交替的沈積序列。古近紀，臺灣省中央山脈以西為大陸邊緣海槽，強烈沈降，充填巨厚的深海相碎屑沈積。新近紀波動頻繁，海水進退，形成海陸相間的含煤沈積。
第三紀含煤盆地的充填序列與以前不同。含煤地層由泥巖、粉砂巖、油頁巖、淡水灰巖、矽藻土和煤層等細碎屑巖組成。油頁巖和石灰巖主要分布在古近系含煤地層中，矽藻土多發育在古近系含煤地層中，以玄武巖和凝灰巖為主。古近系含煤地層下的部分含煤地層也有石膏沈積。臺灣省盆地的含煤地層也有海相灰巖地層。含煤盆地的充填特征差異很大，大致可分為五種類型。第壹類為海侵層序，底部為粗碎屑沖洪積充填階段，上方為湖相細碎屑巖充填和含煤細碎屑巖充填的穩定階段，如梅河、舒蘭、昭通盆地。當層序內組合穩定單壹時，含煤性較好，當組合復雜多變時，含煤性變差，如保山羅塞、合鋪營盤。第二種是湖相細碎屑巖和含煤細碎屑巖的交替序列，屬於沈積物質補償不足的狀態。該層序內含煤盆地較多，北部煤層發育較差，如樺甸、烏圖盆地。南部煤層發育較好，如祿豐根、楚雄六合、百色等。第三類為粗碎屑洪水沖積充填沈積，進入含煤細碎屑沈積，由若幹旋回的重復疊加序列組成。盆地物質供應充足，環境不穩定，煤層發育差，如寶泉嶺、達連河盆地，但京東大街盆地煤層厚。第四類是火山巖和火山碎屑巖與含煤細碎屑巖的沈積組合。由於火山活動頻繁破壞聚煤條件，煤層厚度小，穩定性差，如寧海、樊氏盆地，但張北盆地火山充填間隔時間長，環境穩定，煤層厚度18.5 m，第五類為海陸交互相沈積序列，沿海海相沈積含煤盆地，如臺省、東海等盆地，水體覆蓋深，含煤量差。此外，還有由多個層序組成的復雜沈積層序類型，如冀東的平陽、琿春、鹽源盆地等。
第三紀，除臺灣省、東海、南海等東部沿海海域的含煤沈積盆地外，中國大陸基本為陸內沈積環境，形成陸相含煤沈積。在內陸沈積環境中，由於盆地的隔離，沈積特征和充填類型差異較大。大多數盆地為匯水盆地，但盆地的物源補給強度不同，沈積相帶分布不明顯呈帶狀，多呈不對稱狀。在盆地充填演化過程中，平靜湖相和泥炭沼澤相較為發育。大多數第三紀含煤盆地具有相同的沈積中心、沈降中心和富煤中心。地層結構多為向上超覆，說明大部分盆地在充填演化過程中，構造活動方式整體起伏，沈積範圍逐漸擴大。同沈積斷層或坳陷活動使盆地的沈積中心和沈降中心不壹致。
第三紀含煤盆地聚煤的主要方式是淺水湖泊淤積和沼澤，沈積中心往往是富煤中心。大多數煤層都是就地生成的。盆地中心煤層厚度大，結構簡單，邊緣厚度小，結構復雜，煤層底部或下部往往是相對穩定的湖相細碎屑巖。盆地沖洪積相不發育，盆地充填特征欠補償。受同沈積斷層和窪地影響的盆地，物質補償充分，淺水湖泊淤積過程明顯，沖洪積扇前帶聚煤強度大，沖洪積扇之間的水體覆蓋區或物源不足的地區，成煤性深且差。
第三紀含煤盆地多為向上超覆充填，後期形成的煤層較早期穩定，新近紀較老煤層穩定。受盆地基底古地形的影響，煤層在幾十米的距離上發生分叉和尖滅，從盆地中心到邊緣煤層結構變得復雜，厚度也變薄和尖滅。盆地充填序列中煤層的發育模式可分為兩類。第壹類煤層集中在層序的中下部，層數較少，厚度較大，可達幾十米以上。第三紀盆地最厚的煤層為充填型，多發育在以細碎屑巖為主的第壹、二類沈積組合中。第二類煤層發育在整個沈積層序中，煤層較多且較厚，但煤層不太發育。有些盆地煤層分布均勻(如琿春盆地)，有些盆地煤層集中(如百色、梅河、宜良盆地)。
壹般在同壹個盆地中只發育壹期含煤地層，在同壹個盆地中未發現兩期煤層同時發育的現象，說明很難在同壹時間同壹地點形成具有適宜聚煤條件的疊合含煤盆地。
第三系含煤巖系含煤層較多，最多可達80層。如長泰盆地含煤88層，壹般含3 ~ 10層以上。古近系煤層數量多於新近系。古近系煤層單層厚度壹般為0 ~ 5 m，但撫順單層含煤厚度為97 m，新近系煤層單層厚度壹般超過10 m，滇東部分盆地超過100 m，如小龍潭、濮陽盆地等。先鋒盆地鉆孔煤厚244.24 m，昭通盆地鉆孔煤厚壹般大於40 m，最大厚度為125.6438+04 m。
總的來說，新近紀的聚煤作用強於古近紀。各種充填層序均可在新近系發育厚而穩定的煤層，而古近系厚而穩定的煤層僅在第壹、二沈積層序發育。第三紀含煤盆地的聚煤豐度高於其他聚煤期，如開灤小龍潭盆地(N1)為12303×104t/km2，昭通盆地(N2)為5031×104t/km2，晚石炭世和二石炭世。