Durante el Plioceno (hace unos 5 a 2,5 millones de años), la cordillera de Talamanca mantenía un ascenso creciente y la erosión de sus laderas era intensa, lo que permitió que se desprendieran y acumularan grandes espesores de sedimentos en su piedemonte. Al mismo tiempo se desarrolló una actividad volcánica intensa. A las rocas, formadas por la acumulación de los sedimentos durante este período se les llama Formación Paso Real.
El río Grande de Térraba habría ya excavado un cañón primitivo a través de la Fila Costeña y, además, en su desembocadura comenzaría a desarrollarse el delta y el relleno de sedimentos del Diquís.
En este periodo se produjo el cierre definitivo del puente terrestre de América Central, con lo que se estableció, a partir de este momento, el intercambio constante e ininterrumpido, de animales y plantas entre las Américas.