Durante os 325 milhões de anos da Era Paleozóica, ou Era Antiga, animais com conchas e peixes evoluíram no mar e os anfíbios e os répteis começaram a colonizar os ambientes terrestres, nomeadamente, os continentes. As plantas multicelulares começaram a crescer nos oceanos e fetos arbóreos e plantas coníferas começaram a ocupar a crosta continental para formar as grandes bacias coníferas.
Quando a Pangeia II se separou no fim do tempo proterozóico, a América do Norte e a Europa também se separaram. A água formou um oceano entre os fragmentos desse supercontinente.
Há cerca de 550 milhões de anos, grandes mudanças ocorreram na terra e nos mares. Animais e plantas foram enterrados nos lodos e outros sedimentos. Com o tempo, os sedimentos originaram xistos que muito mais tarde, devido a movimentos orogénicos, originaram montanhas. Em rochas deste tempo foram encontrados fósseis de mais de cento e cinquenta expécies de animais. Algumas espécies ainda existem atualmente, como as medusas e holotúrias, mas a maior parte dessas espécies já se extinguiram.
Estudos paleontológicos mostram que os oceanos paleizóicos eram dominados por gastrópodes, vermes, braquiópodes e trilobites. Algas e outras plantas simples viviam em conjunto com esses animais.
No início do Período Câmbrico os animais desenvolveram conchas e exosqueletos que os protegiam das ondas e das correntes. São do início desta Era alguns fósseis de animais cordados. No fim do Período Câmbrico e princípios do Período Ordovívio já existiam peixes primitivos. Durante o Câmbrico, as plantas desenvolveram o seu sistema vascular, de transporte. Os primeiros fósseis que apresentam incontestáveis características de plantas terrestres aparecem em rochas com 420 milhões de anos, portanto no Período Silúrico médio. Os peixes desenvolveram esqueletos ósseos, as guerlas e pulmões. Os anfíbios prosperaram durante o Antracolítico, entre os 360 milhões de anos e os 268 milhões de anos. Apareceram os primeiros répteis que se desenvolveram no Pérmico.
A Era Paleozóica subdivide-se nos Períodos Câmbrico, Ordovícico, Silúrico, Devónico, Carbnónico e Pérmico.
O Período Câmbrico, dura desde os 570 milhões de anos até os 505 milhões anos. Neste Período os mares eram denominados por gastrópodes, vermes e trilobites.
O Período Ordovícico é caracterizado pelo aparecimento dos primeiros peixes e das primeiras plantas e animais terrestres, vai desde o fim do Câmbrico até há 438 milhões de anos.
No Período Silúrico as plantas e animais dominam os ambientes terrestre, situa-se entre os 438 milhões de anos até aos 408 milhões de anos.
O Período Devónico dura desde o fim do Silúrico até ao início do Carbónico, ou seja, até há 360 milhões de anos. Os anfíbios neste tempo evoluem largamente e começam a povoar a terra.
No Período Carbónico, os insectos e anfíbios tornam-se abundantes e aparecem pela primeira vez os répteis. Fetos arbóreos e outras árvores originam grandes jazigos de carvão.
A Era Paleozóica termina com o Período Pérmico, há 245 milhões de anos. Os répteis começam a ter grande desenvolvimento. Este Período termina com uma grande extinção de seres vivos.
A Era Paleozóica encontra-se no agrupamento denominado Éon Fanerozóico. Este encontra-se bastante dividido em subgrupos. Estas divisões do tempo geológico são baseadas fundamentalmente nos tipos de fósseis encontrados nas rochas e formados durante cada intervalo de tempo.
No início do Câmbrico ocorreram quatro grandes mudanças que se encontram registadas por fósseis:
– os animais desenvolveram conchas e esqueleto que são muito mais facilmente fossilizados que os tecidos vegetais;
– o número de indivíduos aumentou de maneira exponencial;
– o número de espécies também aumento significativamente;
– o tamanho dos indivíduos evoluiu de microscópico para macroscópico.
Para além de grande número de fosséis, existe outra razão para o Éon Fanerozóico ser bastante mais conhecido e comprovado. As rochas do Éon Proterozóico foram metamorfizadas e erodidas, apgando-se os vestígios da sua história. As rochas fanerozóicas são mais jovens e, em regra geral, estão preservadas, muitas ainda não tendo sido submetidas aos processos de metamorfização e erosão.
A explosão de vida no Período Câmbrico é um mistério. Vários estudos e teorias se têm proposto para explicar porque é que os organismos pluricelulares apareceram tão tarde no tempo de evolução da Terra e porque razão evoluíram e proliferaram tão rapidamente. Segundo uma teoria, os seres multicelulares podem não ter evoluído mais cedo devido ao fato de a concentração de oxigénio ser demasiado baixa para poderem sobreviver. A atmosfera da altura, denominada atmosfera primitiva, teria uma composição venenosa para a maioria dos seres vivos.