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。
石炭纪(3.54——2.95亿年前)中气温忽冷忽热，陆地覆盖蕨类植物森林，这些鳞木目和封印木属的植物是今天煤炭主要来源。泥盆纪时的无翼昆虫已经进化为有翼昆虫，辐鳍鱼类统治海洋，还出现苔藓虫动物门和单细胞动物希瓦格蜓和纺锤蜒，两栖动物出现。
似哺乳爬行动物兽孔类出现在二叠纪(2.95——2.5亿年前)二叠纪中、晚期和三叠纪，软骨鱼类和硬骨鱼类出现许多新种类，二叠纪晚期，四射珊瑚、横板珊瑚、筳类、三叶虫全都绝灭;腕足类也只剩少数种类。
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