Das Erscheinen der Fische in der vorangegangenen Periode stellt den Höhepunkt der marinen Lebensentwicklung dar. Von da an wird die Lebensentwicklung auf dem Festland immer wichtiger. Zu Beginn dieser Periode bietet sich ein beinah ideales Umfeld für das Erscheinen der ersten Landtiere.
Vor 220 000 000 Jahren befanden sich viele Gegenden der Kontinente einschließlich des größten Teils Nordamerikas über Wasser. Das Land war von üppiger Vegetation bedeckt; es war wirklich das Zeitalter der Farne. Die Atmosphäre enthielt immer noch Kohlendioxid, aber in abnehmendem Maße.
Kurz darauf wurde der mittlere Abschnitt Nordamerikas unter Wasser gesetzt, wobei zwei große Binnenmeere entstanden. Sowohl das atlantische als auch das pazifische küstennahe Hochland lagen gerade außerhalb der heutigen Küstenlinie. Als sich die beiden Meere bald vereinigten, durchmischten sich ihre verschiedenen Lebensformen, und der Zusammenschluss dieser marinen Fauna markierte den Beginn des raschen weltweiten Niedergangs des marinen Lebens und die Eröffnung der folgenden Periode des Landlebens.
Vor 210 000 000 Jahren bedeckten die warmen arktischen Meere den größten Teil Nordamerikas und Europas. Die südlichen Polarwasser überschwemmten Südamerika und Australien, während Afrika und Asien hoch aufragten.
Als die Meere die größte Ausdehnung erreicht hatten, trat plötzlich eine neue evolutionäre Entwicklung ein. Ganz unvermittelt erschienen die ersten Landtiere. Es gab ihrer viele Arten, die fähig waren, auf dem Land und im Wasser zu leben. Diese Luft atmenden Amphibien waren aus Arthropoden hervorgegangen, deren Schwimmblasen sich zu Lungen weiterentwickelt hatten.
Schnecken, Skorpione und Frösche krochen aus den salzigen Wassern der Meere an Land. Noch heute legen die Frösche ihre Eier im Wasser, und ihre Jungen existieren zuerst als kleine Fische, als Kaulquappen. Diese Periode könnte sehr wohl als das Zeitalter der Frösche bezeichnet werden.
Nur wenig später erschienen die ersten Insekten, und sie verbreiteten sich zusammen mit den Spinnen, Skorpionen, Schaben, Grillen und Heuschrecken alsbald über alle Kontinente der Welt. Es gab Libellen mit einer Flügelweite von fünfundsiebzig Zentimetern. Tausend Schabenarten entwickelten sich, von denen einige zehn Zentimeter lang wurden.
Zwei Gruppen von Echinodermen entwickelten sich besonders gut, und sie wurden tatsächlich die Leitfossilien jener Epoche. Die großen, von Muscheln lebenden Haie waren ebenfalls hoch entwickelt, und über fünf Millionen Jahre lang beherrschten sie die Ozeane. Das Klima war immer noch mild und ausgeglichen; das marine Leben veränderte sich wenig. Die Süßwasserfische entwickelten sich, und die Trilobiten waren am Aussterben. Die Korallen waren selten, und die Seelilien lieferten die Hauptmenge an Kalk. Der beste Baukalkstein wurde in dieser Epoche abgelagert.
Das Wasser vieler Binnenmeere war derart mit Kalk und anderen Mineralien übersättigt, dass davon Fortschritt und Entwicklung vieler mariner Arten stark beeinträchtigt wurden. Aber schließlich, nachdem sich Gestein in großem Ausmaß abgelagert hatte, das an einigen Orten Zink und Blei enthält, klärten sich die Meere.
Die Ablagerungen dieser frühen Steinkohlenzeit sind 150 bis 600 Meter dick und bestehen aus Sandstein, Schieferton und Kalkstein. Die ältesten Schichten enthalten Versteinerungen von Land- und Meerpflanzen und -tieren nebst viel Geröll und Sedimenten. Aber es findet sich in ihnen nur wenig abbauwürdige Kohle. Die Ablagerungen in Europa gleichen denjenigen in Nordamerika sehr.
Als sich diese Epoche zu Ende neigte, begann sich Nordamerika zu heben. Dabei gab es eine kurze Unterbrechung, und das zurückkehrende Meer überflutete etwa die Hälfte des zuvor bedeckten Gebietes. Es handelte sich nur um eine kurze Überschwemmung, und bald befand sich das meiste Land ganz über Wasser. Südamerika war über Afrika immer noch mit Europa verbunden.
In diese Zeit fällt der Beginn der Vogesen, des Schwarzwaldes und des Uralgebirges. Andere, ältere Bergstümpfe finden sich überall in Großbritannien und Europa.
Vor 200 000 000 Jahren begann das wirklich aktive Stadium der Steinkohlenzeit. Vor dieser Zeit wurden während zwanzig Millionen Jahren die älteren Kohlenvorkommen abgelagert, aber jetzt kamen die umfangreicheren kohlebildenden Aktivitäten in Gang. Die Länge der eigentlichen Kohleablagerungsepoche beträgt etwas mehr als fünfundzwanzig Millionen Jahre.
Das Land stieg und senkte sich periodisch, weil die sich am Meeresgrund abspielenden Vorgänge stetige Schwankungen des Meeresspiegels verursachten. Diese Rastlosigkeit der Erdkruste – das Heben und Senken des Landes – zusammen mit der üppigen Vegetation der küstennahen Sümpfe trug zur Entstehung ausgedehnter Kohlelager bei, weshalb man diese Periode das Karbon genannt hat. Auf der ganzen Welt herrschte immer noch ein mildes Klima.
Die Kohleschichten wechseln mit Ton, Stein und Konglomeraten ab. Diese über das Zentrum und den Osten der Vereinigten Staaten verstreuten Kohlelager sind zwischen zwölf und fünfzehn Meter dick. Aber viele dieser Ablagerungen sind während späterer Landhebungen weggewaschen worden. In einigen Teilen Nordamerikas und Europas sind die kohlehaltigen Schichten 5 500 Meter dick.
Die Anwesenheit von Baumwurzeln, die im Lehm unmittelbar unter den gegenwärtigen Kohleschichten gewachsen waren, beweist, dass die Kohle genau dort gebildet wurde, wo man sie heute findet. Kohle ist der durch Wasser konservierte und durch Druck modifizierte Überrest der üppigen Vegetation, die in den Mooren und in den sumpfigen Küstenstrichen jenes fernen Zeitalters gedieh. Oft enthalten die Kohleschichten Gas und Öl. Torfschichten, die Überreste früheren Pflanzenwuchses, wurden unter den erforderlichen Druck- und Wärmebedingungen in eine Art Kohle übergeführt. Anthrazit war größerem Druck und größerer Hitze ausgesetzt als andere Kohle.
Die Anzahl der in den verschiedenen Kohlevorkommen Nordamerikas vorhandenen Schichten gibt an, wie oft sich das Land senkte und hob. Diese Zahl reicht von zehn in Illinois, zwanzig in Pennsilvanien, fünfunddreißig in Alabama bis zu fünfundsiebzig in Kanada. Man findet in diesen Kohlelagern sowohl Süß- als auch Salzwasserfossilien.
Während dieser ganzen Epoche waren die Berge Nord- und Südamerikas aktiv, wobei sich die Anden und die südlichen alten Rocky Mountains hoben. Die großen hochgelegenen Küstenregionen entlang des Atlantischen und Pazifischen Ozeans begannen sich zu senken, so dass sich die Küstenlinien beider Ozeane durch Erosion und Überflutung ungefähr bis auf ihre heutige Position zurückzogen. Die Ablagerungen dieser Überschwemmung sind im Mittel etwa dreihundert Meter dick.
Vor 190 000 000 Jahren drang das nordamerikanische Karbonmeer westwärts über die Gegend der heutigen Rocky Mountains vor und schuf sich durch Nordkalifornien einen Ausgang in den Pazifischen Ozean. In beiden Amerikas und in Europa ging in diesen Zeitaltern der Meeresuferschwankungen die Kohleablagerung weiter, Schicht für Schicht, im Rhythmus der Hebungen und Senkungen der Küstenregionen.
Vor 180 000 000 Jahren kam das Ende der Steinkohlenzeit, während welcher sich überall auf der Welt Kohle gebildet hatte – in Europa, Indien, China, Nordafrika und in den beiden Amerikas. Am Ende der Periode der Kohlebildung tauchte Nordamerika im Osten des Mississippitales wieder auf, und das meiste Land dieses Abschnitts ist seither immer über dem Meeresspiegel geblieben. Diese Periode des Landanstiegs markiert den Beginn der heutigen Gebirge Nordamerikas in der Appalachenregion sowie im Westen. Aktive Vulkane gab es in Alaska und Kalifornien und in den gebirgsbildenden Gegenden Europas und Asiens. Ostamerika und Westeuropa waren durch den Grönlandkontinent miteinander verbunden.
Das steigende Land begann, das marine Klima der vorausgegangenen Zeitalter zu verändern und es durch die Anfänge des weniger milden und veränderlicheren kontinentalen Klimas zu ersetzen.
Die Pflanzen jener Zeiten trugen Sporen, die der Wind in große Fernen zu tragen vermochte. Die Baumstämme des Karbons hatten gewöhnlich einen Durchmesser von zwei Metern und oft eine Höhe von siebenunddreißig Metern. Die heutigen Farne sind die wahren Zeugen dieser Vergangenheit.
Im Allgemeinen waren dies Epochen der Entwicklung von Süßwasserorganismen; am Zustand des marinen Lebens änderte sich nur wenig. Aber die wichtige Besonderheit dieser Periode war das plötzliche Erscheinen der Frösche und ihrer vielen Verwandten. Farne und Frösche waren kennzeichnend für das Leben des Steinkohlenzeitalters.