La durée de l'extinction fait l'objet de controverses, parce que certaines théories de la cause de l'extinction exigent une extinction rapide sur une période relativement courte (de quelques années à quelques milliers d'années) tandis que d'autres nécessitent de plus longues périodes. Le problème est difficile à résoudre en raison de l'effet Signor-Lipps (en) ; c'est-à-dire que les données fossiles ne sont que très partielles ce qui fait que la plupart des espèces qui se sont éteintes ne se sont probablement réellement éteintes que longtemps après le fossile le plus récent qui a été trouvé. De plus, les scientifiques n'ont trouvé que très peu de gisements de fossiles couvrant de manière continue un intervalle de temps s'étalant de plusieurs millions d'années avant l'extinction de K-T à quelques millions d'années après.
Dans les terrestrial sequences ⇔ dépôts terrestres d'Amérique du Nord, l'événement d'extinction est particulièrement bien représenté par la différence marquée entre le palynomorphe riche et relativement abondant du Maastrichtien supérieur par rapport à l'abondance de fougères succédant à la limite.
Dans l'état actuel des découvertes, les gisements de fossiles de dinosaures les plus instructifs sur la limite K-T se trouvent à l'ouest de l'Amérique du Nord, en particulier la Formation Hell Creek (en) dans le Montana, États-Unis qui date du Maastrichtien supérieur. En comparant cette formation avec Judith River Formation (en), Montana et Dinosaur Park Formation, Alberta, Canada qui sont plus anciennes d'environ 75 mA, on obtient des informations sur les changements dans les populations de dinosaures au cours des 10 derniers millions d'années du Crétacé. Ces gisements de fossiles sont géographiquement limités, couvrant seulement une partie d'un continent.
Les formations du Campanien moyen présentent une diversité de dinosaures plus grande que n'importe quel autre couche de roches. Les roches du Maastrichtien supérieur contiennent les plus grands membres de plusieurs clades importants : Tyrannosaurus, Ankylosaurus, Pachycephalosaurus, Triceratops et Torosaurus, ce qui suggère que la nourriture était abondante immédiatement avant l'extinction.
Ces gisements sont non seulement riches en fossiles de dinosaures, mais comprennent également des fossiles de plantes qui illustrent la réduction du nombre d'espèces de plantes au passage de la limite K-T. Dans les sédiments au-dessous de la limite K-T les grains de pollen angiosperme dominent, alors que la couche correspondant à la limite contient peu de pollen et est dominée par des spores de fougères. Les niveaux normaux de pollen reprennent graduellement au-dessus de la couche limite. Cela rappelle les secteurs touchés par des éruptions volcaniques, où le rétablissement est mené par les fougères qui plus tard sont remplacées par de grandes quantités d'angiospermes.
L'extinction de masse du plancton marin semble avoir été brusque et correspondre exactement à la limite K-T. Les genres d'Ammonites se sont éteints exactement à la limite K-T ou juste après ; il faut cependant noter qu'une décroissance plus modérée et plus lente des genres d'ammonites avait commencé avant la limite en raison d'une régression des espèces marines au crétacé supérieur. L'extinction progressive de la plupart des bivalves inocérames avait commencé bien avant la limite K-T, et une réduction légère et progressive de la diversité d'ammonite s'est produite à la fin du crétacé supérieur. Des analyses plus approfondies mettent en évidence que plusieurs processus étaient en cours dans les océans à la fin du crétacé, certains se chevauchaient en partie dans le temps, puis ils se sont terminés brusquement avec l'extinction de masse.