В первую эру фанерозоя идет активное горообразование: каледонская и герцинская складчатость. Интенсивно развивается высшая растительность. Появляются тип хордовых животных, первые позвоночные: рыбы, затем амфибии и рептилии. Растения и животные (беспозвоночные и позвоночные) осваивают сушу. Биологический прогресс наземных растений и животных был обеспечен принципиальными изменениями их морфофизиологической организации — ароморфозами. Палеозойская эра подразделяется на следующие 6 периодов.
1. Кембрий. В самом начале кембрия происходит значительное наступление моря на сушу, а в конце периода оно отступает. В Северном полушарии преобладают моря, а в Южном существует огромный общий континент Гондвана. Продолжают существовать бактерии и синезеленые. В морях, покрывающих всю территорию современной Европы, распространены бурые и зеленые, диатомовые и золотистые водоросли. В них господствуют древнейшие членистоногие — трилобиты (они составляли до 60 % всех видов морской фауны), встречаются губки, кишечнополостные, плеченогие, хиолиты (близки к моллюскам), моллюски, иглокожие, а в конце периода появляются полухордовые. В этот период вымирают некоторые классы моллюсков и иглокожих.
2. Ордовик. В ордовике море захватывает большие площади суши. К концу периода в связи с каледонским горообразованием море отступает, что приводит к осушению больших территорий. Появляются мшанки и лопатоногие моллюски. В морях господствуют плеченогие, трилобиты, иглокожие (было известно 17 классов этого типа: морские ежи, морские звезды, голотурии и др.), головоногие моллюски, полухордовые (граптолиты). Первые позвоночные представлены бесчелюстными щитковыми — остракодермиями.
Здесь намеренно не используется термин «панцирные рыбы», поскольку это сборная группа, состоящая как из собственно панцирных рыб (плакодермий), так и бесчелюстных, не являющихся рыбами. Появляются водные хелицеровые. Вымирают гигантские моллюски с размером раковины до 9 м. На сушу выходят первые сосудистые растения — представители споровых — псилофиты, или риниофиты. Росли псилофиты по берегам пресных водоемов. К этому времени на суше уже образовался биогенный слой — почва.
3. Силур. Продолжается наступление суши, идут горообразовательные процессы, иссушается климат. Сосудистые растения (псилофиты) интенсивно заселяют сушу. Высота псилофитов была не более четверти метра, у них еще нет настоящих листьев, корней, но развивается примитивная проводящая система. Появляются первые животные, дышащие атмосферным кислородом, — скорпионы. Приходят в упадок граптолиты и трилобиты, снижается видовое разнообразие кораллов. Переживают расцвет головоногие моллюски, гигантские (до 2 м) ракоскорпионы. В морях возникают древнейшие рыбы — панцирные (плакодермий) и акантодии.
4. Девон. Продолжается отступление моря. Климат становится еще более континентальным. Вымерло много групп примитивных беспозвоночных и большинство бесчелюстных. Девон — «век рыб». Многочисленны панцирные и акантодии, появляются хрящевые рыбы (современные группы — акулы, скаты, химеры), кистеперые (до настоящего временидожил только один вид — латимерия, открытая в 1938 г.), двоякодышащие и лучеперые (к ним относится подавляющее большинство современных видов рыб). Из головоногих моллюсков обособляется подкласс аммонитов. У некоторых из них наружная раковина достигала 2 м в диаметре. К концу периода вымирают псилофиты, расцветают плауны, хвощи и папоротникообразные. Развиваются настоящие голосеменные растения. На Земле появляются первые леса. Животные продолжают завоевывать сушу. Из беспозвоночных — это пауки, клещи, многоножки, насекомые. Из позвоночных в конце девона пресноводные кистеперые рыбы дают первых земноводных — ихтеостег.
5. Карбон, или каменноугольный, период. В раннем карбоне климат планеты становится более теплым и влажным. На Земле распространяются тропические леса из гигантских древовидных папоротников (высотой до 40 м), хвощей и плаунов. Голосеменные растения представлены семенными папоротниками и настоящими хвойными. На прибрежных мелководьях и в болотах в массе накапливаются растительные остатки, давшие впоследствии огромные залежи каменного угля (отсюда название периода). Жизнь в морях мало чем отличается от девонского периода. На суше господствуют древние амфибии — стегоцефалы, или панцирноголовые (сборное название древних земноводных). Первыми крылатыми насекомыми стали тараканы и стрекозы (у стрекозы мегеневры размах крыльев был до 0,8 м). В конце карбона идет мощное горообразование: поднимаются Тянь-Шань, Урал, горы Казахстана, Северной Америки — Аппалачи и др. Климат Земли становится более холодным и сухим. Начинают вымирать стегоцефалы, им на смену приходят первые рептилии.
6. Пермь. В последний период палеозоя завершаются горообразовательные процессы, начавшиеся в карбоне. Резко выраженной становится зональность климата: от влажного тропического до сухого жаркого и холодного. В Южном полушарии продолжаются материковые оледенения. Влажные тропические леса произрастают только в экваториальной зоне. Вымирают папоротникообразные. Начинается расцвет голосеменных растений. К концу перми существенно сокращается систематическое разнообразие морских беспозвоночных. В морях вымирают трилобиты, некоторые аммониты, четырехлучевые кораллы, многие отряды мшанок, плеченогих и т.д. На суше исчезают стегоцефалы, увеличивается разнообразие пресмыкающихся. Появляется новая группа рептилий — зверозубые пресмыкающиеся, имеющие черты строения, сближаюие их с млекопитающими.
