4.38亿年前志留纪(4.38——4.1亿年前)开始，南极冰盖消融，低等维管束植物开始登上陆地，裸蕨类和石松类是目前已知最早的陆生植物。到4.1亿年前，昆虫和蛛形类节肢动物出现，大海中也增加了有颌骨的鱼类--棘鱼类，三叶虫衰退，板足鲎类成为海洋最大的动物。
到泥盆纪(4.1——3.54亿年前)，温带气候使得陆地和海洋的生物更加繁荣。这是“鱼类时代”，海洋被脊椎动物中鱼类，包括甲胄鱼、盾皮鱼、总鳍鱼等占领，蕨类和原始裸子植物出现。但到3.65亿年前泥盆纪晚期，气候再次冰冷，海洋生物再次面临巨创，这是地球第二次大灭绝事件。
