泥盆世是晚古生代第一个地质时期，持续约4000万年（距今4-3.6亿年前），因鱼类繁盛被称为“鱼类时代”。陆地面积扩大与陆相地层发育为特征，陆生维管植物（如蕨类）首次形成森林生态系统。鱼类在该时期多样性激增，无颌甲胄鱼减少，具颌鱼类分化为棘鱼、软骨鱼和硬骨鱼类。盾皮鱼类占据海洋顶级生态位，邓氏鱼体长可达11米成为巨型掠食者。晚泥盆世发生Hangenberg等多幕式灭绝事件，导致约50%海洋属级生物灭绝，研究表明与气候快速变冷及陆地植物引发的海洋缺氧相关。肉鳍鱼类演化出原始两栖类，标志着脊椎动物登陆的开端，同时期节肢动物中昆虫类群开始繁盛。中国华南地区保存了中泥盆世生物礁化石群，含83种海洋生物化石记录。

泥盆世

鱼的世界

当古生代的海洋闭合，各大陆开始互相碰撞。劳伦西亚(Laurentia)与波罗地大陆(Baltica)的碰撞，使得巨神海(Iapetus Ocean)的北面分支被关闭，并形成了「老红砂岩(Old Red Sandstone)大陆。珊瑚礁四处扩张，陆生植物则开始往荒芜的大陆「移民」。

在古生代的中叶(大约四亿年前)，巨神海的闭合使得劳伦西亚与波罗地大陆碰撞在一起。这次的大陆碰撞中，许多地方都出现了大陆边缘岛弧的上覆运动，导致了斯堪地那维亚半岛(Scandinavia)上的加里东山脉(Caledonide Mts.)形成，以及英(Great Britain)北部、格陵兰(Greenland)和北美(North America)东部海岸的北阿帕拉契山脉(Appalachian Mts.)都是在同时形成。

同样在古生代中叶，非常类似的情况出现在北中国陆块(North China)与南中国陆块(South China)自冈瓦那大陆(Gondwana)的「印度－澳洲」(India-Australia)边缘漂移开来，往北移动并穿越了古地中海(Paleo-tethys Ocean)。从整个古生代的早期到中叶，范围宽广的古大洋(Panthalassic Ocean)就覆盖了大部分的北半球，同时在海的周围还环绕落隐没带，像极了今日太平洋周围的「火环」(ring-of-fire)。