Pleisztocén megafauna alatt azokat a nagy testű emlős-, madár- és hüllőfajokat értjük, amelyek a pleisztocénben éltek, és nem érték meg a holocént (a jelenkort), vagy annak elején haltak ki. Minden földrésznek megvolt a maga jellegzetes megafaunája, de közülük csak Afrikáé maradt fenn a mai napig. A pleisztocénben élt óriások eltűnése a nagy kihalások egyik legérdekesebb talánya. Három fő elmélettel próbálják magyarázni ezt a kihalási hullámot: a terjeszkedő ember túlzott vadászata, klímaváltozás és járványok is okozhatták.
Az egyes földrészek megafaunáinak főbb képviselői Eurázsia thumb|300px|Az európai pleisztocén állatvilágról a barlangrajzok (például Altamira) is tanúskodnak.
Eurázsia óriásait a következő fajok alkották: barlangi medve, barlangi oroszlán, barlangi hiéna, Homotherium, gyapjas orrszarvú, gyapjas mamut, óriásszarvas, sztyeppei bölény. Az utóbbiak egy-egy eldugott helyen megérték a történelmi idők hajnalát. Nyugat-Szibériában az óriásszarvasnak az i. e. 6. évezredre datált maradványait találták meg. Az északkelet-szibériai Vrangel-szigeten pedig csak az i. e. 2. évezred közepe körül halt ki a gyapjas mamut helyileg kialakult törpe változata.Extinct Giant Deer Survived Ice Age, Study Says Ma Európa legnagyobb állatai a barnamedve és az európai bölény.
Az elefántfélék fejlődése a Duna-glaciális idején vált ketté, amikor a déli ágak kisebb termetűek lettek, míg az északiak hatalmasra nőttek. Ennek oka legnagyobb valószínűséggel a testfelület–tömeg arányának a hőmérsékleti viszonyokra nézve kedvező változása. A nagyobb termetű emlősök könnyebben képesek testhőmérsékletüket fenntartani.
Végezetül pedig bizonyos értelemben a megafaunához lehet venni a mintegy éve eltűnő neandervölgyi embert is, mivel egyes elképzelések szerint kihalásához aktívan járult hozzá a modern ember.Johan M.G. van der Dennen: Book Review Essay on Neanderthal Man The Continuing Story of Neandert(h)al Man: Book Review Essay (Más elmélet szerint a neandervölgyiek nem haltak ki, hanem beolvadtak a modern ember európai ágába.)
Amerika thumb|300px|Az észak-amerikai megafaunát a kaliforniai La Brea kátránytavak őrizték meg.
Amerika állatvilágának gazdagsága a mai Afrikáéval vetekedett: tevefélék (nyugati teve, hosszúfejű láma), lófélék (nyugati ló, mexikói ló), antilopok, rövidfejű medvék, észak-amerikai tapír, hosszúszarvú bölény, sztyeppei bölény, gyapjas mamut, amerikai mamut, egy törpemamut, amerikai masztodon, kardfogú macskák, amerikai oroszlán, észak-amerikai gepárd, földi lajhárok, óriáslajhár, óriásfarkas, óriáshód, óriás tatu (glyptodon), óriáskondor. Erre a különleges faunára nyugodtan mondhatjuk, hogy itt a valóság tényleg felülmúlta a képzeletet. Paul S. Martin amerikai paleontológus így ír az egykor kihalt állatokról: „Anélkül, hogy tudnának róla, az amerikaiak szellemek földjén élnek.”.
Ma az amerikai kontinens legnagyobb állatai az amerikai bölény és a szürke medve (grizzli). Érdekes módon a mai farkas-, teve- és lófélék Észak-Amerikában alakultak ki. A lovak a spanyol konkvisztádorokkal jelentek meg újból Amerika földjén. A tevefélék néhány faja Dél-Amerikában fennmaradt: a láma, vikunya, alpaka és a guanakó.
Dél-Amerika pleisztocénkori állatvilága viszonylag fiatal volt: a földrész a kréta során vált külön Afrikától (kb. 100 millió évvel ezelőtt),New Oceans Begin to Open így az azóta eltelt évtízmilliók alatt sajátságos (endemikus) állatvilága alakult ki (például vendégízületesek, ragadozó óriásmadarak). Ennek az állatvilágnak a fejlődésében fordulópontot jelentett, hogy a pliocén során, kb. 3 millió évvel ezelőtt létrejött a Panama-földhíd, így a fejlettebb észak-amerikai fajok sok dél-amerikai faj kihalását okozták, viszont számos dél-amerikai faj is eljutott Észak-Amerikába (nagy amerikai faunacsere).The Calm Before the Storm – Ice Age Approaching Ma a dél-amerikai fajok mintegy fele Észak-Amerikából származik.
Ausztrália thumb|200px|Diprotodon australis. thumb|200px|Megalánia.
Az elszigetelt földrészre nem jutottak el a méhlepényes (az „igazi”) emlősök, ezért a földrész paradicsom volt a különböző, egészen sajátságos erszényes és tojásrakó emlősfajok számára, olyan képviselőkkel, mint pl. Növényevő óriás erszényesek (például Zygomaturus trilobus, Palorchestes-félék), amelyek közül egyes fajok példányai a mai orrszarvúak méretét is elérték (Diprotodon australis). Ezek ma is élő rokonai a vombatok és a koalák. Erszényes oroszlán, amely a mai afrikai oroszlánokhoz hasonló méretű ragadozó volt, és növényevő erszényesekre vadászott. Kb. 50 nagy testű kengurufaj, közülük a Procoptodon goliah mintegy 200–240 kg-os testtömegével több mint két és félszer volt nehezebb a ma élő vörös óriáskengurunál. Egyes kengurufajok pedig ragadozók voltak. Ausztráliában éltek még hatalmas madár-, illetve hüllőfajok, mint például 3 m magasságot és kb. 500 kg tömeget elérő röpképtelen óriásmadarak (Dromornithidae-család képviselői) és a komodói varánusznál kétszer-háromszor nagyobb óriásgyík, a megalánia, egy Volkswagen Bogár méretű szarvas óriásteknős (Meiolania), valamint egy 5–6 m hosszú óriáskígyó, a wonambi. Ma Ausztrália legnagyobb állata (és Földünk legnagyobb erszényese) a vörös óriáskenguru.
Az ausztrál megafauna kihalását egyesek szerint a bennszülöttek égetéses vadászata okozhatta. Az ausztrál bennszülöttek viszonylag kevesen voltak és (legalábbis az első európaiak megjelenésekor) még a nyilat sem ismerték: ezért bár megjelenésüket „megérezhette” a megafauna, de talán végzetesen még nem rendült meg ettől.
Viszont Ausztrália száraz éghajlata kedvezett a (spontán kialakuló) bozóttüzeknek, és egyesek szerint az első bennszülöttek szándékosan okozhattak bozóttüzeket, hogy könnyebben elejtsenek állatokat (azok menekülési útjainak korlátozásával). Nyilvánvaló, hogy a vadászat ilyen módjával sokkal több állat pusztult el, mint amennyire a bennszülötteknek szükségük volt, és a nagy testű fajok már nem voltak képesek a regenerációra.
Egyéb területek thumb|200px|Új-Zéland főleg madarakból álló állatvilága fantasztikus regényekbe illő volt: moákra támadó Haast-féle sas. thumb|200px|Krétai törpeelefánt csontváza.
Elszigeteltségük miatt sajátos állatvilág alakult ki a nagyobb szigeteken: Új-Zélandon az emlősöket csak néhány denevérfaj képviselte, nagyméretű hüllők sem éltek a szigeteken: így a szárazföldi gerinces fajok nagy részét a madarak adták. Mintegy tíz röpképtelen moafaj élt a két szigeten: közülük a „legkisebbek” alig 1 méter magasak és 18 kg tömegűek voltak, a legnagyobbak magassága pedig elérte a 3,6 métert, tömegük pedig a 230 kg-ot. Ennek a különös ökoszisztémának a csúcsragadozója egy óriási sasszerű ragadozómadár (Haast-féle sas) volt, amely a levegőből vadászott a moákra. Madagaszkáron gorilla méretű óriási makik, tehén nagyságú „törpe” vízilovak, óriási szárazföldi teknősök és hatalmas elefántmadarak éltek (az utóbbiak közül némelyek magassága elérte a 3 métert, tömege pedig a 400 kg-ot, és futball-labda nagyságú tojásaik voltak). Ma a hatalmas, franciaországnyi szigeten nem él 10 kg-nál nagyobb testtömegű őshonos állat,Jared Diamond: A harmadik csimpánz felemelkedése és bukása; Typotex, Budapest, 2002., 334–335. old. és a ma élő makik mind kis méretű állatok. Új-Kaledónia szigete óriásmadaraknak, szárazföldi teknősöknek és krokodiloknak adott otthont. A Hawaii-szigeteken röpképtelen óriásludak éltek.Jared Diamond: A harmadik csimpánz felemelkedése és bukása; Typotex, Budapest, 2002., 332. old. Mauritius szigetének röpképtelen óriásgalambja, a mauritius-szigeti dodó pedig csak néhány száz éve halt ki. A Földközi-tenger nagyobb szigetein (például Ciprus, Kréta, Szicília, Szardínia és Málta) törpevízilovak, póni méretű törpeelefántok (például Loxodonta falconeri) és óriáshattyúk éltek.Zdenek V. Spinar: Élet az ember előtt;Gondolat, Budapest, 1988., 177. old. A Kanári-szigeteket is lakták endemikus állatok, mint például néhány kihalt; óriás gyík (Gallotia goliath), óriás patkányok (Canariomys bravoi és Canariomys tamarani) és óriás teknősök (Geochelone burchardi és Geochelone vulcanica),«La Paleontología de vertebrados en Canarias.» Spanish Journal of Palaeontology (antes Revista Española de Paleontología). Consultado el 17 de junio de 2016. többek között.
Ezen szigetek sajátos faunáit könnyen elképzelhetjük, ha a Galápagos-szigetek állatvilágára gondolunk: a csak itt található pintyfajokra, leguánokra és az óriásteknősökre. És az is érthetővé válik, hogy miért maradhatott fenn a Galápagos-szigeteken ez a sajátos fauna: a félreeső szigetekre 1535-ben lépett először ember, és bár azóta az állatvilágot megtizedelték, de a legtöbb fajnak sikerült fennmaradnia máig, amikor már nemzetközi egyezmények védik a szigetek élővilágát. Nem véletlenül nevezik a kis csendes-óceáni szigeteket az evolúció piciny „kísérleti telepeinek”.
A megafaunákról általában A mai világunkban természetesnek vesszük, hogy a nagy testű emlősök hazája Afrika, az egzotikus állatoké pedig Földünk valamely eldugott szigete, sarka. A fentiek ismeretében viszont már ez a természetellenes: a nem is nagyon távoli múltban a vadbőség és az egzotikus állatvilág nem egy földrész vagy néhány sziget „privilégiuma” volt, hanem általános jelenség.
Ezt már Alfred Russel Wallace, a híres brit természettudós is észrevette a 19. században. Szerinte „zoológiai értelemben elszegényedett világban élünk, amiből a leghatalmasabb, legfélelmetesebb és legkülönösebb alakok nemrégiben tűntek el”.Pálfy József: Kihaltak és túlélők; Vince Kiadó, Budapest, 2000., 183. old. Ezek után könnyű belegondolni, hogy ha például Észak-Amerika állatvilága megmarad, akkor ma már Amerikába is lehetne „szafarikat” szervezni. Ez másképp megfogalmazva azt jelenti, hogy ha például el akarjuk képzelni Észak-Amerika pleisztocén faunáját, akkor gondoljunk az afrikai szavannákra.
A késő pleisztocén kihalási hullám jellegzetességei 200px|thumb|Az 5-6 méter hosszú óriáslajhár (Megatherium americanum) csontváza.
thumb|200px|Amerikai mamut csontváza.
A pleisztocén végén bekövetkezett kihalási hullám az állatvilág mintegy 200 nemét érintette, viszont alábbi jellegzetességekben eltért más földtörténeti időszakok (ordovícium, devon, perm, triász, kréta) tömeges kihalásaitól:
Erős szelektivitás A késő pleisztocén kihalási hullám erős szelektivitása azt jelenti, hogy elsősorban a nagy testű növényevő szárazföldi emlősöket és a velük táplálkozó (szintén nagy testű) ragadozókat érintette.
Európából, Amerikából és Ausztráliából eltűnt: az 1000 kg-nál nagyobb tömegű növényevők 100%-a; a 100 és 1000 kg közötti növényevők 75%-a; az 5–100 kg közötti növényevők 41%-a; az 5 kg-nál kisebb tömegű növényevők kevesebb, mint 2%-a.
Valójában Afrikát sem kerülte el a kihalási hullám: ez azonban a nagyemlősök nemzetségeinek kevesebb mint 15%-át érintette, így gyakorlatilag nem volt észrevehető.
Az egyes földrészeken más időben következett be A késő pleisztocén kihalási hullám mintegy 40-10 000 évvel ezelőtt játszódott le, viszont az időintervallumon belül az egyes földrészeken más és más időpontokban: Ausztráliában mintegy 40 000 évvel ezelőtt; Európában mintegy 12 000 évvel ezelőtt; Amerikában mintegy 11 000 évvel ezelőtt; Madagaszkáron mintegy 1500 évvel ezelőtt; Új-Zélandon mintegy 800 évvel ezelőtt.
Elméletek a kihalások okairól Túlvadászat thumb|400px|A Homo sapiens elterjedése az egyes földrészeken a mitokondriális DNS változásai alapján. A számok évezredeket jelentenek.
thumb|300px|A Homo sapiens megjelenése és a kihalások egyes szárazföldeken.
A túlvadászat elmélete szerint a megafaunák kihalásáért a pleisztocén végére már mindegyik földrészen megjelent ember túlzott vadászata a felelős. Az elmélet szerint a fejlett vadásztechnikával (íj, lándzsa – gondoljunk a barlangrajzokra) rendelkező pleisztocén kori ember a földrajztudományi terjeszkedése során olyan területekre jutott el, amelyek állatvilága teljesen védtelen volt egy ilyen új „ragadozóval” szemben.