海洋生物群落的革新与繁荣
白垩纪的海洋生态系统经历了重大重组，许多传统的中生代类群衰落，而接近现代海洋生物区系的类群开始占据主导地位。菊石作为头足类的重要代表，在白垩纪达到形态多样性的顶峰，演化出各种壳饰复杂的类型，成为地层划分的重要标准化石。然而这类历经数亿年演化的成功生物类群，却在白垩纪末大灭绝事件中完全消失。
海生爬行动物的演化尤为引人注目。鱼龙类在白垩纪早期仍然繁盛，但到中白垩世逐渐衰落。蛇颈龙类则持续繁荣，发展出长颈的埃尔氏龙类和短颈的上龙类两种主要形态。沧龙类作为白垩纪中晚期才快速崛起的海生蜥蜴，在短短2000万年内就从1米长的近岸生物演化成15米长的顶级掠食者，如海王龙（Tylosaurus）。这种快速的适应性辐射展示了白垩纪海洋生态系统中的激烈竞争。
硬骨鱼类在白垩纪海洋中开始显现现代特征，辐鳍鱼类的真骨鱼次亚纲迅速发展，逐渐取代了原始的软骨硬鳞鱼类。现代鱼类的主要类群如鲈形目、鲱形目等都在白垩纪出现早期代表。鲨鱼也经历重要演化，现代鲨鱼的多个科在白垩纪已经确立，如鼠鲨目和真鲨目的早期成员。
海洋无脊椎动物群落同样发生显着变化。双壳类取代了部分腕足类的生态位，出现了牡蛎等现代类群。海胆等棘皮动物演化出更高效的摄食机制。特别值得注意的是，颗石藻等微型浮游生物在白垩纪海洋中大量繁殖，其钙质壳体沉积形成了广泛分布的白色软泥，这正是白垩纪地层名称的来源。
空中生命的特化与辐射
白垩纪的天空被翼龙和鸟类共同占据。翼龙虽然在侏罗纪已经相当多样化，但在白垩纪达到了体型和形态的极致。晚白垩世的翼龙如风神翼龙（Quetzalcoatlus）翼展可达1012米，是地球历史上最大的飞行动物之一。这类巨大的翼龙可能利用上升气流进行长距离滑翔，生活方式类似现代的信天翁。
鸟类在白垩纪经历了关键的演化阶段。虽然始祖鸟出现在侏罗纪晚期，但真正的鸟类辐射发生在白垩纪。这一时期的鸟类已经分化出多个主要类群，包括今鸟类的早期代表和已经灭绝的反鸟类。反鸟类是白垩纪最成功的鸟类类群，全球分布广泛，体型和生态位多样，但在白垩纪末大灭绝中全部消失。今鸟类的祖先类型则幸存下来，成为新生代鸟类大发展的基础。
值得注意的是，白垩纪的鸟类已经演化出与现生鸟类相似的关键特征，如发达的胸骨龙骨突、融合的腕掌骨和羽毛结构等。某些白垩纪鸟类化石如华夏鸟（Cathayornis）保存完好的羽毛印痕，显示它们已经具备与现代鸟类相似的飞行能力。部分类群甚至可能已经发展出树栖习性，为新生代鸟类的多样化开拓了新的生态空间。
植物王国的革命：被子植物的崛起
白垩纪植物界最重大的事件当属被子植物（开花植物）的快速辐射。虽然最早的被子植物化石出现在早白垩世，但在中白垩世（约1亿年前）开始，这类植物以惊人的速度取代了裸子植物的优势地位。到白垩纪晚期，被子植物已经在大多数陆地生态系统中占据主导，形成了与现代相似的植被格局。
被子植物的成功与其繁殖策略的革新密切相关。花朵的出现使得传粉效率大幅提高，与昆虫形成了紧密的协同进化关系。果实的发育则为种子传播提供了新途径。这些创新使被子植物能够快速占领各种生境，从热带雨林到温带地区都出现了专门的被子植物群落。
与被子植物崛起相对应的是裸子植物的相对衰退。虽然松柏类、银杏类等在白垩纪仍然存在，但它们的生态优势明显减弱。蕨类植物则继续在特定环境中繁茂生长，特别是在受干扰的生境中往往形成优势群落。
微生物与微小生物的全球影响
白垩纪的微生物世界同样发生了深刻变化。海洋中的浮游微体生物如颗石藻和浮游有孔虫大量繁盛，它们的钙质壳体沉积形成了广泛分布的白垩层。这些微生物不仅构成了海洋食物链的基础，还通过碳循环深刻影响着全球气候系统。
陆生微生物在土壤形成和养分循环中扮演关键角色。白垩纪的土壤微生物群落可能已经相当接近现代类型，促进了陆地植物的快速演化。某些真菌类群与植物根系形成的菌根共生关系，可能在这一时期得到强化，为被子植物的快速扩张提供了支持。
昆虫在白垩纪经历了显着的协同进化，特别是与被子植物形成了紧密的生态联系。蜜蜂、蝴蝶等传粉昆虫的多样化与开花植物的辐射同步进行。白垩纪琥珀中保存的昆虫化石显示，许多现代昆虫的科级分类群在这一时期已经确立。昆虫的快速演化不仅影响了陆地生态系统，也为小型脊椎动物提供了丰富的食物来源。
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