波澜不惊的志留纪倏然而逝，迎来了又一个在地质史上举足轻重的时代--泥盆纪，也标志着古生代进入第二阶段--“晚古生代”。
“泥盆”来自日语，是英国英格兰西南半岛上的一个郡名的日语音译（现称德文郡）。泥盆纪是英国地质学家塞奇威克和默奇森研究了该郡的“老红砂岩”后，于1839年命名的。这个时期形成的地层称为“泥盆系”。
泥盆纪是地质时代古生代中的第四个纪，自419.2ma(4亿1千9百万年前)开始，持续将近6000万年，结束于358.9ma(3亿5千8百万年前)，分为早、中、晚三个世。
泥盆纪时期，全球板块活动剧烈。泥盆纪早期，劳伦大陆与波罗地大陆碰撞、合并而成欧美大陆。
欧美超大陆与冈瓦纳大陆逐渐靠近，到晚泥盆世时期，在当时的赤道附近，两个超大陆开始逐渐拼贴，为日后盘古超大陆形成奠定了基础。
地球的海西运动，造成地壳板块活动频繁，高山峡谷开始形成，早期裸子和蕨类植物大规模占领了陆地，带来一片生机盎然之势。伴随着布龙度海蝎的上岸，动物开始统治陆地，它们逐渐适应并定居，进化为各种各样的昆虫。
同时，经历了志留纪的短暂复兴，海洋生物在泥盆纪时代正式繁盛，节肢类、无颌类动物逐渐淡出历史，但腕足类、菊石类和鱼类的发展迎来了黄金期。脊椎动物进入飞跃发展时期，鱼形动物数量和种类增多，现代鱼类--硬骨鱼开始发展。
当时鱼类的多样性使得泥盆纪又被命名为“鱼的时代”，他们成功繁衍出各种类型，一类以鱼的形态继续发展，进化出庞大的躯体，成为海洋霸主。另一类开始长出四肢，进化为两栖类，并向陆地进军，成为真正意义上的脊椎动物先祖。早期软骨鱼和硬骨鱼种类也显着增多，在泥盆纪海洋中扮演着重要的角色。中泥盆世，出现了第一个广泛存在的鲨鱼属--裂口鲨。在泥盆纪末期，节肢动物在陆地上已经占据重要地位。
在脊椎动物中，无颌甲胄鱼多样性减少，而具下颚的鱼在海水和淡水中的多样性都有所增加。早泥盆世时期，甲胄盾皮鱼种类繁多，晚泥盆世灭绝，被认为可能与当时多种鱼类竞争有关。
现在的鱼类只有三个分支：硬骨鱼、软骨鱼、圆口鱼。而泥盆纪时还有另外两种：头甲鱼和盾皮鱼，其中盾皮鱼是海洋中的主宰者。
有一种盾皮鱼叫做邓氏鱼，是海洋中的顶级掠食者，海洋中绝对的主宰者。其中最大种类长约11米，重量可达6吨，咬合力可达5吨，足以将钢筋咬得粉碎。被视为当时最大的海洋猎食者，是人类已知体型最大的盾皮鱼，主食硬壳保护的鱼类及无脊椎动物。
邓氏鱼的存在比陆上第一只恐龙的诞生还要早1.35亿年。邓氏鱼处于食物链顶端，生活在泥盆纪的鲨鱼可能是它的捕食对象。然而，巨大的身躯极大地影响了邓氏鱼的运动速度和灵敏度，使其在进化中输给了鲨鱼等软骨鱼，最终灭绝。邓氏鱼及类似生物灭绝后，鲨鱼的体型开始变得更大，种类变得更多。
泥盆纪是地球生物界发生巨大变革的时期，由海洋向陆地大规模进军是这一时期最突出、最重要的生物演化事件。陆地和淡水生态系统在泥盆纪迅速发展，高大的维管植物森林出现。包含大量动物的陆地生态系统的快速发展，为第一批脊椎动物登陆铺平了道路。
在泥盆纪晚期，由鱼类进化而来的两栖类登上陆地，标志着脊椎动物开始了脱离水体并最终征服陆地的演化历程。其次，陆生植物裸蕨在陆地上完全站稳了脚根，并且，它们的三支后代石松类、楔叶类和真蕨类开始大发展，到泥盆纪晚期，出现了许多这类植物构成的成片森林，大地真正披上绿装。植物的成功登陆，使荒漠的大陆变成绿洲，标志着植物的发展在泥盆纪进入了新的阶段。另外，泥盆纪中晚期的陆地上还出现了最早的裸子植物，但直到二叠纪晚期它们才成为陆地植物的主角。
泥盆纪晚期至早石炭纪之际发生了第二次物种大灭绝，或称为晚泥盆纪大灭绝，呈现两个高峰，中间间隔100万年，是地球史上第四大物种灭绝事件，海洋生物遭到重创。
这次灾难的罪魁祸首是岩浆。3000亿立方米的岩浆由于不明原因脱离了外核，从西伯利亚地区喷涌而出。
3.77亿年前的一天，地球忽然开始剧烈晃动，同时，大量高温气体从西伯利亚地区的海床裂缝中喷出，这导致附近的海水开始沸腾，杀死了大量生物。紧接着，3000亿立方千米的岩浆喷涌而出。滚落的岩石很快就摧毁了附近所有的珊瑚礁和其他生物。
岩浆不仅使海水温度大幅升高，烫死了成千上万的生物，还污染了海水。岩浆中的有毒物质与海水发生化学反应，使海水酸化，大量动物因无法呼吸而死亡。
灾难发生5000年后，海水中的污染物扩散到了大气中，其中大部分是温室气体--二氧化碳。这导致全球气温迅速升高，达到30摄氏度，洋流也停止了运动。在赤道地区，海水温度由20摄氏度升到32摄氏度，这摧毁了更多的珊瑚，因为它们无法在高温中生存。
灾难发生十万年后，岩浆还在继续喷发，而此时又出现了一个新的杀手：海藻。此前，陆地上并没有土壤，但由于植物枯枝败叶的腐化，土壤出现了。雨水将大量土壤冲进海洋，成为海藻很好的养料。海藻的兴盛消耗大量氧气，使动物窒息而死，因此，加快了动物的灭绝。
灾难发生75万年后，天空中的水蒸气与二氧化硫发生化学反应，形成酸雨。连续数万年的酸雨的泛滥使植物的数量进一步减少，土壤发生酸化。
超级地幔柱冲破海床130万年后，又发生了新的灾难。从前的火山喷发都发生在海洋中，而这次发生在陆地上。3.76亿年前，中国的西部地区，大地开始剧烈颤动，一个直径8千米的火山口中，20万立方千米岩浆喷涌而出。岩浆淹没了方圆50千米所有的地方，杀死了这范围内所有的生物。火山还喷发出了许多火山灰和有毒气体，它们遮天蔽日，完全遮住了阳光，地球陷入了200万年的长夜之中。
过去100多万年中，地球的温度不断升高，但这时，火山灰使阳光发生折射，地球无法获得太阳能，气温开始迅速下降。海水从32摄氏度跌到16摄氏度，浅海中的鱼卵立刻全部死亡。地球陷入了严重的冰期事件。
灾难发生150万年后，地球开始了100多万年间的首场降雪。大雪持续了数年，覆盖了纬度大于45的所有地区。冰冷海水中的生物大量死亡，它们无法适应这种从高温到低温的快速变化。
灾难发生200万年后，冰期结束，岩浆不再喷发。但地球的生命迹象几乎全部消失。
海洋中的动物几乎全部消失，而微生物开始大量繁衍，这很像寒武纪生命大爆发之前。
曾经加速动物灭绝的植物成为了“救星”，海藻制造大量氧气，逐渐使地球恢复生机。地球上空的有毒气体逐渐消散，气温逐渐稳定，并重现了明显的四季变化。
此次灭绝事件使得75%的生物灭绝。包括顶级掠食者邓氏鱼在内的所有盾皮鱼，首种胎生脊椎动物艾登堡母鱼、陆地脊椎动物的祖先真掌鳍鱼和提塔利克鱼以及所有头甲鱼都在这场浩劫中灭绝了。在这场灾难中，出现了首次能在陆地行走的脊椎动物。提塔利克鱼虽灭绝了，但它们的一支进化成更先进的物种：鱼石螈。鱼石螈是包括人类在内的所有四足脊椎动物的祖先，他们迅速代替节肢动物成为陆地霸主。
在泥盆纪时期，陆上植物经历了剧烈的演化。它们的最大高度从泥盆纪初期的30公分演化至后期的30米，整整高出了100倍。植物对地球环境的影响力大增，尤其是古蕨属植物所形成的森林分布在泥盆纪后期大幅扩展。森林的存在形成较深的土壤。同时风化作用的加剧也释放出大量藻类需要的营养成分，流入水中造成藻类的大量孳生，也就是优养化作用，使水底严重缺氧，可能与当时的生物大灭绝有较大的关联。
地球的演化继续向前，泥盆纪的结束，也拉开了下一个地质时代演化的帷幕。