La era secundaria o mesozoico (225-68 m.A) fue un periodo de calma en el que predominaron la erosión y la sedimentación. La erosión continuó desgastando los relieves hercinianos. La sedimentación depositó materiales, fundamentalmente calizos (calizas y margas), en dos zonas cubiertas por el mar. En el borde oriental de la Meseta, inclinado hacia el este, las transgresiones marinas depositaron una cobertera no muy potente de sedimentos. En las fosas marinas situadas en las actuales zonas pirenaica y bética, se depositaron, en cambio, enormes espesores de sedimentos. Durante la era terciaria (68-1,7 m.A) tuvo lugar la orogénesis alpina que provocó grandes cambios en el relieve peninsular. -Se levantaron las cordilleras alpinas, al plegarse los materiales depositados en las fosas pirenaica y bética entre los macizos antiguos, que actuaron como topes. Así, surgieron los Pirineos entre los macizos de Aquitania, Hespérico y del Ebro (que acabó hundíéndose) y las cordilleras Béticas, entre el macizo Bético-Rifeño y el Hespérico. -Se formaron las depresiones prealpinas paralelamente a las nuevas cordilleras: la depresión del Ebro, paralela a los Pirineos, y a la del Guadalquivir, paralela a las cordilleras Béticas. Ambas estuvieron inicialmente ocupadas por el mar y luego se rellenaron con sedimentos.
La meseta se vio afectada por la orogénesis alpina: -Pasó a inclinarse hacia el oeste, determinando la orientación hacia el océano Atlántico de buena parte de los ríos peninsulares. -Se formaron los rebordes montañosos orientales y meridionales de la Meseta. En su borde oriental se plegaron los materiales depositados por el mar en la era secundaria, originando la parte oriental de la cordillera
Cantábrica y el sistema Ibérico. En el borde sur de la Meseta, el empuje de las cordilleras Béticas levantó Sierra Morena. -El zócalo de la meseta, formado por materiales paleozoicos rígidos, experimentó fracturas y fallas. Estas últimas originaron una estructura germánica, constituida por bloques levantados o rejuvenecidos (horst) y bloques hundidos (fosas tectónicas o graben). Los bloques levantados formaron el reborde montañoso del norte de la Meseta (el macizo Galaico y la parte occidental de la cordillera Cantábrica) y las sierras interiores de la Meseta (sistema Central y montes de Toledo). Los bloques hundidos crearon las depresiones interiores o cuencas sedimentarias de la Meseta (submeseta norte y sur). Las fallas también dieron lugar a actividad volcánica en algunas zonas como el Campo de Calatrava, Olot-Ampurdán y el Cabo de Gata.
Durante la era cuaternaria
81,7 m.A hasta la actualidad), los fenómenos más destacados fueron el glaciarismo y la formación de terrazas fluviales. -El glaciarismo afectó a las cordilleras más altas: Pirineos, cordillera Cantábrica, sistema Central, sistema Ibérico y Sierra Nevada. Dio lugar a dos tipos de glaciares: de circo y de valle. Los glaciares de circo son acumulaciones de hielo en la cabecera de los valles (circo). El hielo y el deshielo rompen las rocas de las paredes del circo, ampliándolo y escarpando sus formas. En la Península, por su latitud, la mayoría de los glaciares fueron de circo y cuando se fundieron los hielos originaron pequeños lagos. Los glaciares de valle son ríos de hielo. Se forman cuando el espesor de hielo acumulado en el circo es grande. Entonces el hielo de las capas inferiores se desplaza fuera del circo y se desparrama valle abajo. Los fragmentos rocosos que contiene el hielo ensanchan el valle, dándole la típica forma de artesa o «u». También excavan cubetas enlas zonas de roquedo menos resistente que, al fundirse el hielo, se convierten en lagos. En la Península solo los Pirineos se vieron cubiertos por una potente capa de hielo, de la que partían hacia el sur diez grandes glaciares, que crearon valles en U y lagos.
-Las terrazas fluviales son franjas planas y elevadas situadas en los márgenes de un río. Su origen se debe a las alternancias climáticas del Cuaternario. En los periodos fríos glaciales, el caudal del río es escaso por encontrarse el agua helada en las montañas, su fuerza erosiva disminuye y deposita aluviones o materiales en su cauce. En los periodos posglaciales, el caudal del río aumenta al elevarse la temperatura y fundirse el hielo; su fuerza erosiva aumenta y ahonda su cauce, dejando suspendidos en sus márgenes los aluviones depositados, que constituyen las terrazas. La repetición de estos ciclos glaciales y posglaciales durante el Cuaternario creó terrazas escalonadas. En la Península, las más carácterísticas son las formadas por los ríos Duero, Tajo, Guadiana, Guadalquivir y Ebro.