В морских водоемах в это время продолжают вымирать граптолиты и древние гастроподы, но появляются новые группы брахиопод, кораллов и рыб. Среди головоногих моллюсков начинают преобладать более высокоорганизованные животные — аммоноидеи.
В каменноугольном периоде уже существовали все известные ныне группы животных, за исключением птиц и млекопитающих. Сильно размножились насекомые. Среди зарослей громадных папоротников сновали гигантские стрекозы, достигавшие 70 см. Другие насекомые по размерам тоже не уступали стрекозам.
В прибрежных болотистых плавнях тем временем появились первые четвероногие — земноводные. Древнейшие земноводные, происшедшие от кистеперых рыб, получили название стегоцефалов, т. е. панцирноголовых. Первые стегоцефалы были похожи на нынешних тритонов. Они двигались по суше еще неумело, загребая землю лапами, и движение их напоминало скорее плавание, чем ходьбу.
Но очень скоро земноводные освоились с новыми условиями жизни. Стегоцефалы научились проворно передвигаться и превратились в крупных хищников с огромной, прекрасно развитой пастью. Многие из них окончательно переселились на сушу и только весной возвращались в воду метать икру. За короткий срок земноводные заняли господствующее положение среди животных Земли.
И одновременно с расцветом земноводных в середине каменноугольного периода появляются первые представители нового класса животных — пресмыкающиеся.
За каменноугольным периодом наступил последний — пермский — период палеозойской эры. Название этому периоду было дано в 1841 г. по уральскому городу Пермь, в окрестностях которого впервые обнаружены отложения этого возраста.
В начале пермского периода на Земле сохранялись густые леса папоротников, хвощей и плаунов. Но во второй половине периода климат становится холоднее и суше. Гибнут папоротниковые леса. Вымирают гигантские насекомые. В связи с общим похолоданием начинают развиваться хвойные растения. На месте бывших влажных территорий, недавно покрытых лесами, появляются пустыни — впервые в Северном полушарии возникает обширная засушливая зона.
В начале пермского периода море было распространено на сравнительно небольших площадях. К концу перми пространство, занимаемое морями, сокращается еще больше и многие морские бассейны превращаются либо в солоно-ватоводные лагуны, в которых отлагались природные соли, либо в пресноводные озера, где накапливались толщи горючих органических осадков. Иногда море наступало, но его наступления были кратковременными и не очень значительными.
В пермских морях вымирают трилобиты, исчезают панцирные рыбы, зато широко распространяются многочисленные акулы.