植物が陸上（りくじょう）に進出して繁栄（はんえい）したことで，大気中の酸素濃度（さんそのうど）はさらに高くなり，動物の上陸（じょうりく）が可能（かのう）な状態（じょうたい）となった。
デボン紀末期（きまっき）になると，総鰭類（そうきるい）のなかまから，陸上（りくじょう）生活をする原始的（げんしてき）な両生類（りょうせいるい）が進化した。最古（さいこ）の両生類（りょうせいるい）として知られるイクチオステガは，陸上（りくじょう）で呼吸（こきゅう）をするための肺（はい）と，陸上（りくじょう）を歩行するための四肢（しし）を発達（はったつ）させていた。また，水中に比（くら）べて重力の影響（えいきょう）が大きいため内臓（ないぞう）を支（ささ）える役割（やくわり）をもつ肋骨（ろっこつ）も発達（はったつ）していた。その後の石炭紀（せきたんき）は両生類（りょうせいるい）の全盛期（ぜんせいき）となり，多様なグループが繁栄（はんえい）した。両生類（りょうせいるい）の皮膚（ひふ）は鱗（うろこ）に覆（おお）われておらず，また受精（じゅせい）と胚発生（はいはっせい）は水中で行われるため，生活の場は水辺（みずべ）に限（かぎ）られていた。この時代の両生類（りょうせいるい）は，魚類（ぎょるい）のほかに，昆虫（こんちゅう）やシダ植物を餌（えさ）とするものが多かったと考えられている。
一方，節足（せっそく）動物でもデボン紀末期（きまっき）になると陸上（りくじょう）生活をする昆虫類（こんちゅうるい）やクモ類（るい）が現（あらわ）れ，石炭紀（せきたんき）の地層（ちそう）からはゴキブリや，広げた翅（はね）の長さが80cmにもなる巨大（きょだい）なトンボの化石も見つかっている。この時代は温暖（おんだん）で酸素濃度（さんそのうど）が高かったと考えられている。