中期古生代距今4.4亿年到3.5亿年，大约经历了9000余万年，包括志留纪和泥盆纪。中期古生代是生物进化史上的重要阶段。地球上最早登陆的原始陆生植物裸蕨类的出现，标志着植物界从水生到陆生的飞跃，使得早期古生代大陆地表那种荒凉景象逐步变得碧绿苍翠，色调柔和。动物界也在适应环境的斗争中不断自我更新。鱼类在志留纪时已有所发展，到了泥盆纪更加繁荣起来，因此有人称志留纪、泥盆纪（合称中期古生代）是鱼类的时代。（1）地球上最早登陆的原始陆生植物——裸蕨类据可靠的化石记录，裸蕨是最先登陆成功的植物，它最初出现于晚志留世，到了早、中泥盆世便达到了最繁盛的阶段。裸蕨植物还没有真正的根茎叶的分化，但已经有了假根和原始的输导组织。裸蕨植物具有藻类所没有的气孔及起保护作用的角质层，这些都是陆生植物的特点，但它没有根和叶，形体简单而类似于藻类。因此，可以认为它是属于藻类和较高等植物之间的过渡类型，它是植物由水生到适应陆地生活的开端。裸蕨植物由形态结构上较高等的藻类演化而来，这些藻类具有假根、假叶和假茎，存在着演化成为陆生高等植物的可能。植物上陆以后，最初出现的裸蕨无叶、无根，原始的输导组织好像赤条条的一根“光棍”，后来由于陆上空气、阳光在地面之上，而水和养分则在土壤之中，这就促使植物体有了地上部分和地下部分的明显分化。地下部分吸取水分，地上部分向空中发展，以争取日光和空气，进行光合作用。
     为了解决水的运输，植物体又发展了体内的维管束。地上部分暴露在空气中，容易丧失水分，表皮便形成了减少水分蒸发的角质层和控制水分蒸腾的气孔。所有这些变化都为适应陆地生活和真正的根、茎、叶的分化打下了坚实的基础。（2）脊椎动物中最适应水生生活的一个类群——鱼类大约从晚志留纪到泥盆纪（4.4—4亿年前），是鱼类时代。甲胄鱼是现在已得到的最早的脊椎动物化石，而现代的各种鱼类则是由和甲胄鱼关系很近的盾皮鱼发展演变而来。盾皮鱼的化石发现于志留纪后期，比甲胄鱼稍晚一些，然而，它和甲胄鱼一样，乃是匆匆的时代过客，随着泥盆纪的结束，基本上已退出了历史的舞台。盾皮鱼类中出现最早的是棘鱼类，现代鱼类的渊源，可以追溯到这类动物。盾皮鱼类在生存和发展中，一部分进化为软骨鱼类，一部分进化为硬骨鱼类。距今4亿年前的泥盆纪，在动物地质史上是鱼类的繁盛时代。在这段时间，长期的造山、造陆运动使内陆水域面积大为减少，气候变得炎热干燥，原始鱼类中产生出两种适应方式，一是由内陆水域迁居海中。具有这种适应方式的是软骨鱼类，由于这是一种比较消极的适应，软骨鱼类从地质时期直至今日既不繁盛，也不衰减。另外一种适应方式是由体内出现能呼吸空气的原始“肺脏”，在必要时代替鳃的功能。硬骨鱼类便采取这种适应方式，它除有原始的“肺脏”外，一般还披有鳞片，具有保护和“抗旱”作用，所以它发展很快，成为最成功的水生脊椎动物。直到今天，全球水域中几乎都有硬骨鱼的分布。除此之外，中期古生代还有花朵状的动物——珊瑚和极为繁盛的腕足类等无脊椎动物大量存在和发展。