Pierwsze ryby pływały w morzach okresu kambryjskiego. Były to ryby bezszczękowe. Były one jednocześnie pierwszymi kręgowcami o bardzo prymitywnej budowie. Pozostawiły one mało skamieniałości ponieważ nie miały kości, lecz chrząstkę. Dwa rodzaje, zbliżone do nich, żyją do chwili obecnej, są to minogi i śluzice. Cztery grupy ryb szczękowych pojawiły się w sylurze. Dwie z nich, ostrakodermy i plakodermy tarczowce), już wymarły, dwie inne przetrwały do czasów obecnych. Wszystkie cztery żyły w dewome, który często jest nazywany „okresem ryb ponieważ wówczas ryby panowały w oceanach, tak jak obecnie. Ryby, mające zamiast kości chrząstki, należą do gromady ryb chrzęstnoszkieletowych (Chondrich-thyes) obecnie reprezentowanej przez rekiny i płaszczki. W odróżnieniu od innych ryb rekiny i płaszczki nie mają pęcherza pławnego, umożliwiającego utrzymanie się w wodzie. Tę rolę spełnia u nich tkanka tłuszczowa, która jest lżejsza od wody.
Najogólniej można powiedzieć, że rekiny mogą płynąć naprzód. Jeśli przestają poruszać się do przodu, natychmiast toną. Mogą wykonywać szybkie zwroty i zmieniać głębokość, nie mogą jednak płynąć wstecz. Ryby kostnoszkieletowych jest więcej niż jakichkolwiek innych kręgowców morskich i lądowych. Ryby kopalne często nie przypominają ryb dzisiejszych. Być może nie znamy jeszcze wszystkich gatunków ryb, żyjących w głębinach oceanu. Możliwe, że pewnego dnia zostanie wyłowiona jakaś ryba, którą uważano za dawno wymarłą. Tak było w przypadku latimerii.
Wielkim krokiem w ewolucji był rozwój kręgosłupa. Do kręgowców-zwierząt mających kręgosłup, zalicza się prawie wszystkie największe, najaktywniejsze i najbardziej inteligentne zwierzęta. Jest ich w porównaniu z pozostałymi zwierzętami niewiele. Na każdy gatunek kręgowców przypada dwadzieścia siedem gatunków bezkręgowców.
Kręgowce należą do dużej grupy określanej jako strunowce. Do strunowców należą też zwierzęta morskie, nie mające kręgosłupa, lecz prymitywny, elastyczny pręt, określany jako struna grzbietowa. Należą do nich bezczaszkowce, osłonice i lancet-niki. Liczne bezkręgowce mają szkielet zewnętrzny podobny do twardej pokrywy chrząszcza. Przypomina on zbroję, jest nierozciągliwy. W miarę wzrostu zwierzę rzuca pokrywę - linieje. Pod nią tworzy się nowa, miękka i obszerniejsza, która szybko twardnieje, stając się nowym szkieletem. Kręgowce mają szkielet wewnętrzny, nie muszą go zrzucać, gdyż rośnie wraz z ciałem. Szkielet ten składa się z silnych, twardych kości. Dwie grupy ryb, spodouste i płaszczki, mają zamiast kości twarde chrząstki. Nieliczne kręgowce, takie jak żółwie, pancerniki i niektóre dinozaury, mają twarde, kostne płyty lub skorupy chroniące ciało. Główne nerwy w ciele kręgowców biegną wewnątrz kręgosłupa. Układ nerwowy rozszerza się od strony głowy, tworząc mózg, chroniony przez czaszkę. Inną cechą kręgowców jest skóra prawie całkowicie chroniąca ciało.
Kręgowce wskutek twardego wewnętrznego szkieletu mogą osiągać znacznie większe rozmiary niż bezkręgowce. Jest to bardzo istotne w przypadku zwierząt lądowych, gdyż powietrze nie stanowi dla ciała takiego oparcia jak woda. Rozwój mózgu umożliwia kręgowcom wykonywanie bardziej złożonych czynności, do jakich bezkręgowce, nie mające mózgu, nie są zdolne. O ewolucji kręgowców wiemy niewiele. Najstarsze skamieniałości kręgowców przypominają zbliżone do ryb kręgouste, do których zaliczamy obecnie żyjące minogi i śluzice. Znaleziono je w osadach kambru (570 min lat temu).
Okres od późnego prekambru do początków dewonu jest niekiedy nazywany okresem morskich bezkręgowców, ponieważ były one wówczas jedynymi morskimi zwierzętami. Bezkręgowce są zwierzętami nie mającymi kręgosłupa. Nawet i obecnie przeważają one znacznie nad kręgowcami - zwierzętami z kręgosłupem. W prekambrze wszystkie zwierzęta morskie miały ciało miękkie. Z tego też powodu mało jest ich kopalnych szczątków poza skamieniałymi śladami pełzania po morskim dnie lub zagrzebywania się w dennym mule.
Na początku kambru zaczęły rozwijać się twarde części zwierząt - skorupy, wapienne rurki i szkielet zewnętrzny. Te twarde części ulegały łatwiej fosylizacji, czyli przemianie w substancję mineralną, i dzięki temu świat zwierząt od kambru jest znacznie lepiej poznany. Do najpospolitszych zwierząt morskich tego okresu dziejów Ziemi należały trylobity, małe zwierzęta o twardej skorupie. Należały one do stawonogów. Grupa ta obejmuje obecnie pająki, owady i skorupiaki. Największy rozwój trylobitów przypadał na okres około 370 min lat temu. Żyło wówczas przeszło 10 tys. gatunków.
W ówczesnych morzach żyło również wiele mięczaków. Dziś do mięczaków zalicza się między innymi ślimaki, małże, ostrygi i ośmiornice. Mięczaki kopalne były podobne do gatunków współczesnych. Pospolitymi skamieniałościami wymarłych mięczaków są amonity i belemnity. Amonity żyły od dewonu do końca kredy. Rozmiary ich wynosiły od 2 cm do ponad 2 m. Ich spiralnie zwinięte skorupy były podzielone na komory wypełnione powietrzem lub gazem, co ułatwiało utrzymywanie się w wodzie. Jedynym podobnym do nich, współcześnie żyjącym mięczakiem, jest łodzik. Belemnity miały skorupę o kształcie pocisku, która była nazywana „strzałą piorunową” lub „strzałą diabelską”. Ich miękkie części prawdopodobnie przypominały obecnie żyjącą mątwę.
Życie nie mogło powstać na lądzie, gdyż we wczesnym okresie dziejów Ziemi nie było w atmosferze dostatecznej ilości tlenu.
Bardzo długo uczeni sądzili, że życie związane jest tylko ze światłem i ciepłem Słońca, wykorzystywanym przez rośliny w procesie fotosyntezy. W latach 1970-ych jednak w najgłębszych basenach morskich, przeszło 2500 m pod powierzchnią oceanu, gdzie nie docierają promienie słoneczne, odkryto ryby, wielkie robaki i skorupiaki. Pożywieniem tych zwierząt są bakterie rozwijające się w gorących wodach wypływających ze szczelin w dnie oceanu. Niezbędna dla ich życia energia pochodziła więc z głębi Ziemi. Wydaje się prawdopodobne, że wiele pierwotnych form życia miało taki właśnie początek.
Jedne z najwcześniejszych śladów życia pochodzą z Australii. Geolodzy znaleźli tam groniaste formy skalne, nazwane stromatolitami. Wiek ich wynosi 3,5 miliarda lat. Stromatolity są utworzone przez bardzo proste organizmy - glony, zwane sinicami. Tworzą one śluzowate warstwy na mokrym podłożu. Należą one do królestwa Protista. Podobne glony znaleziono w liczących dwa miliardy lat skałach w stanie Minnesota. Te i inne wczesne formy życia były prostymi organizmami jednokomórkowymi. Najstarsze organizmy wielokomórkowe odkryto w skałach Australii i Nowej Fundlandii. Żyły one około 700 min lat temu w prekambrze. Były wśród nich meduzy, różne rodzaje robaków i organizmy zbliżone do rozgwiazd.
Najstarsze skały występują w zachodniej Grenlandii. Wiek ich oznaczono na 3,57 miliarda lat. Wiek Ziemi wynosi 4,6 miliarda lat. Co działo się w pierwszym miliardzie lat, można ustalić na podstawie śladów pozostawionych w skałach i na podstawie znajomości dzisiaj zachodzących procesów.
W pierwszym okresie dziejów na Ziemi było wiele wulkanów wyrzucających lawę oraz wielkie ilości pary wodnej i innych gazów. Para wodna powoli przekształcała się w wodę, z której, prawdopodobnie przed 4 miliardami lat, powstały oceany.
Wśród gazów wyrzucanych przez wulkany były gazy znajdujące się w dzisiejszej atmosferze ziemskiej. Pierwotnie atmosfera zawierała niewiele tlenu, tak potrzebnego dla życia. Początkowo był on całkowicie uwięziony w oceanach, gdyż, jak wiemy, woda składa się z dwóch gazów - wodoru i tlenu.
Pod wpływem światła i ciepła słonecznego tlen zaczął uwalniać się z wody. Powoli tworzyła się warstwa tlenowa. Znajdował się w niej także ozon, który nie pozwalał na przeniknięcie najbardziej szkodliwych promieni słonecznych. Brak ozonu w górnych warstwach atmosfery spowodowałby zniszczenie żywych organizmów. W płytkich zbiornikach, dostatecznie jednak głębokich, aby warstwa wody chroniła przed promieniami słonecznymi, rozwijały się nieliczne formy roślin, które odżywiały się pokarmem wytworzonym przez siebie, w charakterystycznym dla roślin procesie fotosyntezy. Uwalniany podczas fotosyntezy tlen przechodził do atmosfery. W ten sposób, bardzo powoli, rośliny współtworzyły tlen, wchodzący w skład powietrza. Około 600 min lat temu, tuż przed okresem dziejów Ziemi określanym jako kambr, było już wystarczająco dużo tlenu i ozonu - około 1/10 obecnej ilości - aby tuż pod powierzchnią oceanu mogły pojawić się i rozwijać mikroskopijne rośliny, zwane planktonem.