В ранних океанах процветали одноклеточные и многоклеточные существа, растения и животные. Растения могли поглощать солнечную энергию и фотосинтезировать пищу из неорганического материала. Животные, неспособные самостоятельно производить пищу с помощью солнечного света, получали энергию, поедая растения. Это отличие в способах питания является основным между растениями и животными и отражается на строении и физиологии этих двух типов организмов. У растений, нуждающихся только в солнечном свете и неорганических веществах, нет необходимости передвигаться, оказавшись в благоприятных условиях, поэтому их клетки твердые и имеют жесткие стенки. У них есть плоские поверхности, поглощающие энергию (листья), которые направлены в сторону солнца, и удерживающие структуры (корни) – они поглощают питательные вещества и предохраняют растение от сдувания ветром или смывания водой. С другой стороны, животные в большинстве случаев должны передвигаться с места на место, поэтому у них в процессе эволюции выработались более гибкие клеточные стенки и система мускулов, делающие возможным передвижение. У животных развились органы чувств и нервная система, при помощи которых они оценивают окружающую обстановку и передают сигналы мускулам.

Геометрия самого тела животных связана с их способностями к передвижению. Те из них, кто не являются почти бесформенными, малоподвижными комками, фильтрующими пищу из проходящего течения воды, обладают либо радиальной, либо двусторонней симметрией.

В начале кембрийского периода впервые в большом количестве появились животные с твердым покровом. Поскольку в норме в ископаемом состоянии сохраняются только панцири животных, лишь с этого времени становится хорошо известной дальнейшая история жизни. В кембрии эволюционировали все крупные группы (типы) животных – и радиально, и двусторонне симметричные. Животные с радиальной симметрией включают кишечнополостных (медузы и кораллы) и иглокожих (морские звезды и морские ежи). Формы, имеющие двустороннюю симметрию, распадаются на четыре основные группы: плеченогие – почти вымершая группа раковинных животных, моллюски – двустворчатые, морские улитки и похожие на наутилусов головоногие, членистоногие – представлены преимущественно трилобитами, а также несколько классов червей и червеобразных животных.

От одной из групп этих червеобразных животных, хордовых, в силуре произошли первые животные, имеющие позвоночник, – класс примитивных бесчелюстных рыб и предки всех позвоночных. Также в это время растения впервые вышли на сушу. На прибрежных мелководьях возникла группа растений, которые могли выживать, не будучи полностью погруженными в воду. В процессе эволюции у них появились жесткие стебли, призванные обеспечивать им опору, и внутренняя проводящая система, чтобы доставлять из земли воду и растворенные минеральные вещества и переносить из листьев произведенную пищу.

Побочным эффектом фотосинтеза стало выделение в атмосферу свободного кислорода. Содержание кислорода увеличивалось, тогда как содержание углекислого газа уменьшалось, делая состав воздуха более подходящим для жизни животных. Членистоногие были первыми животными, которые получили преимущество от улучшения условий в атмосфере, и среди ранних растений обитали скорпионы с многоножками.

Следующий, девонский, период известен как век рыб. Первыми эволюционировавшими от примитивных бесчелюстных форм были плакодермы (пластинокожие) вроде динихтиса (Dinichthys) – панцирные рыбы, которые имели челюсти, появившиеся в процессе эволюции из костей жаберных дуг. До конца девона их по большей части заместили хрящевые рыбы типа кладоселахии (Cladoselache), предшественники акул и скатов. Костные рыбы, наиболее разнообразные и широко распространенные, существовали бок о бок с этими хрящевыми видами. Они делились на две основные группы – лучеперых рыб, которые оказались самыми успешными, и лопастеперых, таких как эустеноптерон (Eustenopteron). Последняя группа наиболее важна с эволюционной точки зрения. Обитание в мелких пресных водоемах, периодически пересыхавших, дало им эволюционный стимул выживать вне воды. Когда водоем исчезал, эустеноптерон переползал по суше к соседнему при помощи пары мускулистых плавников, эволюционировавших из органов-стабилизаторов. В это время он мог дышать воздухом при помощи примитивных легких, развившихся из выростов глотки. Жизнь позвоночных на суше началась, пусть даже она была лишь временной мерой, позволяющей продолжить существование в воде. К концу девона появились животные, похожие на земноводных, способные проводить большую часть взрослой жизни на суше. Их называют общим термином «четвероногие», подчеркивая основную особенность – наличие четырех ног. Один из их ранних представителей, ихтиостега (Ichthyostega), хотя и обладал рыбьими признаками строения хвоста и черепа, демонстрирует типичное строение конечностей, снабженных пальцами и поддерживаемых сильными поясами конечностей, наблюдаемыми у наземных животных. От многочисленных пальцев у этих ранних форм вскоре осталось лишь пять – такой тип строения является базовым для всех современных наземных животных.

Наступивший следом каменноугольный период был временем великих угольных лесов. А еще он являлся веком земноводных. Густо заросшие болота, характерные в этот период для низменностей, идеально подходили для их развития, и вследствие этого появилось множество новых видов. Одни, вроде долихозомы (Dolichosoma), были мелкими и похожими на угря. Для других, таких как эогиринус (Eogyrinus), предполагаются внешность и образ жизни как у аллигатора. Некоторые, наподобие диплокаулуса (Diplocaulus), стали широкими, уплощенными и жили исключительно среди ила. Черепа этих животных обладали более совершенным строением, чем рыбообразный череп ихтиостеги. Носовые отверстия были хорошо оформившимися, что говорит о том, что они принадлежали к числу животных, приспособленных для того, чтобы дышать воздухом. Эти животные дали начало более поздним прогрессивным земноводным, а также рептилиям.