В мезозое Пангея простиралась от северных полярных областей до южных. На востоке между Азией, Африкой, Индией и Австралией глубоко вдавался океан Тетис. На северо-востоке между Китаем, Средней Сибирью и Восточной Сибирью находилось Амуро-Охотское море, своей западной оконечностью омывая Казахстан. В северной полярной области простиралось мелкое Арктическое море. Остальная поверхность была покрыта океаном Палеопацифика. Пангея, сформированная после пятого овертона, просуществовала как единый континент до ранней юры. Сразу за окончанием пятого овертона стал нарастать шестой. Обычного спокойного и длительного периода двухъярусной конвекции между овертонами в этот раз не было.
После тектонически активной эпохи поздней перми, в триасе наступает затухание тектонической и магматической активности, что привело к выравниванию горных сооружений мира. Горы после интенсивного размыва превращались в невысокие возвышенности. Однако в позднем триасе начали развиваться трансконтинентальные рифтовые разломы – предвестники будущего раскола материка.
Распад Пангеи начался на рубеже ранней и средней юры примерно 175 млн. лет назад. При отрыве Американских континентов от мегаматерика рождалась Атлантика. На юге при расколе гондванской части Пангеи на Западную Гондвану (Африка и Южная Америка) и Восточную Гондвану (Австралия, Антарктида и Индия) рождался Индийский океан. В конце средней юры океан Тетис отделил Лавразию и Гондвану.
В меловом периоде 100 млн. лет назад, когда Америка окончательно отсоединилась от Африки, образовался Атлантический океан. В начале мела Северная Америка отсоединилась от Южной Америки, а от Антарктиды отошла Индия, которая стала дрейфовать в сторону Азии. В позднем мелу начался раскол Антарктиды и Австралии.
В Тихом океане формировались Центральная Тихоокеанская плита, Южно-Тихоокеанское и Северо-Тихоокеанское поднятия. Глубины котловин достигли 5км. Расширилось и углубилось Арктическое море – появился Северный Ледовитый океан. Вследствие расширения океана Тетис образовалось множество островов – отторженцев Гондваны и Лавразии. Микроконтиненты Тетиса двигались на север, испытывая сложные деформации при столкновениях друг с другом, и позднее присоединяясь к Евразии.

В триасе Казахстан был сушей. Только запад занимало Палеокаспийское внутриконтинентальное море. В конце триаса острова Тетиса – Иран, Памир и Северный Тибет столкнулись с Евразией, вызвав, в частности, горообразование на Мангышлаке и Устюрте. Палеокаспийское море сократилось, занимая среднюю и северную часть современного Каспийского моря. В это же время возник крупный сдвиговый разлом, пересекающий Устюрт и идущий по хребту Каратау. На севере, в это время, происходило опускание блоков земной коры образовавших Тургайскую ложбину.
В конце юры Палеокаспий затопил весь Западный Казахстан и вторгся в Южный Урал. На севере море вновь залило Западно-Сибирскую плиту. В Тургайской ложбине и в Джунгарии существовали большие пресноводные озера, и во всех водных бассейнах происходило мощное осадконакопление. Горы усиленно разрушались. В первой половине мелового периода средняя часть Палеокаспийского моря имевшего выход в океан Тетис углубилась. В позднем мелу Палеокаспий вновь стал внутриконтинентальным морем – его воды затопили Тургайское озеро, современную пустыню Кызылкум и Бетпакдалу. На севере Палеокаспий отделялся от расширившегося Западно-Сибирского моря узким перешейком в районе Костаная. Накануне палеогена Западно-Сибирское море через Тургайскую ложбину соединилось с Палеокаспием. Затем понижение уровня океана привело к формированию обширной озерной равнины в юго-западном Казахстане и прилегающих районах Узбекистана.