В конце палеозойской эры в связи с похолоданием и иссушением климата от группы семенных папоротников произошли первые голосеменные растения — кордаиты. Благодаря отличному от папоротникообразных способу размножения (независимость полового процесса от воды) и образованию семян, они оказались в более выгодных.
В начале произошло образование значительных площадей суши и завершилось формирование озонового экрана, что привело к появлению около 400 млн лет назад первых наземных растений — риниофитов и мхов. Они, в отличие от водорослей, обладали уже проводящими, покровными и механическими тканями, позволяющими существовать в условиях наземно-воздушной среды. От риниофитов затем произошли основные группы высших споровых растений — плауновидные, хвощевидные и папоротниковидные, из которых сформировались первые леса.
В развитие животного мира в палеозое также происходили важнейшие эволюционные события. В начале эры появились первые позвоночные животные — панцирные рыбы. Они обладали внутренним скелетом, дававшим им преимущество в передвижении по сравнению с беспозвоночными животными. От панцирных рыб затем произошли хрящевые и костные рыбы. Среди костных рыб выделились кистеперые, от которых около 300 млн лет назад произошли первые наземные позвоночные животные — ихтиостеги, относившиеся к классу земноводных.
Все пресмыкающиеся, в отличие от земноводных, имеют сухую лишенную желез кожу с роговыми чешуями, защищающую тело от потерь воды, более совершенные легкие, яйца с защитными оболочками, что обеспечило в следующую эру их господство на Земле.
Климат в конце палеозойской эры стал сухим, что привело к значительному вымиранию древних земноводных и появлению первых пресмыкающихся — котилозавров, от которых произошли остальные рептилии