De verschijning van de vissen gedurende de voorafgaande periode markeert het hoogtepunt van de evolutie van het zeeleven. Vanaf dit tijdstip wordt de evolutie van het landleven steeds belangrijker. En deze periode begint als het verschijnen van de eerste landdieren op een haast ideale wijze is voorbereid.
220.000.000 jaar geleden lagen vele continentale landstreken, waaronder het grootste deel van Noord-Amerika, boven water. Het land werd overwoekerd door weelderige vegetatie; dit was inderdaad het tijdperk der varens. Er was nog steeds kooldioxyde in de atmosfeer aanwezig, maar in afnemende mate.
Kort daarop werd het centrale deel van Noord-Amerika overstroomd, waardoor twee grote binnenzeeën werden gevormd. De hooglanden langs de de kusten van zowel de Atlantische als de Grote Oceaan lagen net achter de huidige kustlijnen. Deze twee zeeën verbonden zich weldra, waarbij hun verschillende levensvormen zich vermengden, en de vereniging van deze zeefauna geeft het begin aan van het snelle, wereldwijde verval van het zeeleven en de aanvang van de hierop volgende periode van het landleven.
210.000.000 jaar geleden bedekten de arctische warmwaterzeeën het grootste deel van Noord-Amerika en Europa. De zuidelijke poolwateren overstroomden Zuid-Amerika en Australië, terwijl zowel Afrika als Azië hoog werden opgestuwd.
Toen de zeeën op hun hoogste punt waren, deed zich plotseling een nieuwe evolutionaire ontwikkeling voor. Plots verschenen de eerste landdieren. Er waren talrijke soorten van deze dieren die in staat waren om op het land of in het water te leven. Deze lucht ademende amfibieën ontwikkelden zich uit de geleedpotigen, wier zwemblazen tot longen waren geëvo-lueerd.
Vanuit het brakke zeewater kropen slakken, schorpioenen en kikvorsen het land op. Nog steeds leggen kikvorsen hun eieren in het water, en hun jongen leven eerst als kleine vis- sen, kikkervisjes. Deze periode zou goed het tijdperk van de kikvorsen genoemd kunnen worden.
Zeer snel daarna verschenen voor het eerst de insecten, en samen met de spinnen, schorpioenen, kakkerlakken, krekels en sprinkhanen, overdekten deze spoedig de continenten van de wereld. Waterjuffers hadden een vleugelbreedte van meer dan vijfenzeventig centimeter. Er ontwikkelden zich duizend soorten kakkerlakken, en sommige werden wel tien centimeter lang.
Twee groepen stekelhuidigen raakten bijzonder goed ontwikkeld en in feite zijn dit de fossielen die voor deze periode als gids dienen. De grote haaien die zich met schelpdieren voedden, waren ook hoog ontwikkeld en gedurende meer dan vijf miljoen jaar beheersten zij de oceanen. Het klimaat was nog steeds mild en gelijkmatig: het zeeleven veranderde weinig. De zoetwatervissen waren zich aan het ontwikkelen en de trilobieten waren bijna uitgestorven. Koralen kwamen weinig voor en veel van het kalksteen werd gevormd door de zeelelies. Het fijnere kalkgesteente dat voor bouwwerken wordt gebruikt, werd in deze tijd afgezet.
De wateren van vele binnenzeeën waren zo zwaar verzadigd van kalk en andere mineralen, dat de vooruitgang en ontwikkeling van vele soorten zeeleven werd tegengehouden. Ten slotte werden de zeeën helder ten gevolge van een uitgebreide steenafzetting, die op sommige plaatsen zink en lood bevatte.
De afzettingen uit dit vroege Carboon-tijdperk variëren in dikte van honderdvijftig tot zeshonderd meter, en bestaan uit zandsteen, leisteen en kalksteen. De oudste lagen leveren fossielen op van zowel land- en zeedieren als ook van planten, naast veel kiezel en afzettingen in keteldalen. Er wordt weinig verwerkbare steenkool gevonden in deze oude lagen. Deze afzettingen, die in geheel Europa voorkomen, lijken sterk op degene die in Noord-Amerika zijn gevormd.
Tegen het einde van dit tijdperk begon het land van Noord-Amerika te rijzen. Daarbij trad een korte onderbreking op, gedurende welke de zee terugkeerde en ongeveer de helft van zijn vroegere beddingen bedekte. Dit was een korte overstroming, en het grootste deel van het land lag al snel weer ruimschoots boven water. Zuid-Amerika was nog via Afrika met Europa verbonden.
In dit tijdperk ontstonden de Vogezen, het Zwarte Woud en het Oeralgebergte. Resten van andere, oudere bergen kunnen in geheel Groot-Brittannië en Europa worden gevonden.
200.000.000 jaar geleden begonnen de werkelijk actieve stadia van de Carboon-periode. Twintig miljoen jaarvóór deze tijd werden de vroegste steenkoollagen al afgezet, maar nu waren de meer uitgebreide steenkoolvormende werkingen in gang. Het tijdperk van de eigenlijke vorming van de steenkoollagen duurde iets langer dan vijfentwintig miljoen jaar.
Periodiek steeg en daalde het land, tengevolge van het op-en neergaan van de zeespiegel dat werd veroorzaakt door werkingen van de bodem van de oceanen. Deze onrust van de aardkorst—het tot rust komen en weer omhoog komen van het land—alsmede de overvloedige vegetatie in de moerassen langs de kusten, droegen bij tot de vorming van uitgebreide steenkoollagen, hetgeen dit tijdperk bekend heeft doen worden als het Carboon. Het klimaat over de hele wereld was nog steeds mild.
De steenkoollagen wisselen af met leisteen, steen en conglomeraat. Deze steenkoollagen in het midden en oosten van de Verenigde Staten variëren in dikte van twaalf tot vijftien meter. Maar veel van deze lagen werden weggespoeld gedurende latere landverheffingen. In sommige delen van Noord-Amerika en Europa zijn de steenkoolhoudende lagen 5400 meter dik.
De aanwezigheid van wortels van bomen die in de klei onder de huidige steenkoollagen groeiden, toont aan dat de steenkool precies daar werd gevormd waar zij nu wordt gevonden. Steenkool is het door water bewaarde en door druk gemodificeerde overblijfsel van de welige plantengroei in de veenpoelen en langs de moerassige kusten van deze langvervlogen tijd. Steenkoollagen bevatten vaak zowel gas als olie. Veenlagen, de overblijfselen van vroegere plantengroei, zouden veranderen in een soort steenkool als ze aan de juiste druk en hitte zouden worden blootgesteld. Anthraciet is aan meer druk en hitte onderhevig geweest dan andere soorten steenkool.
Het aantal steenkoollagen in de verschillende beddingen in Noord-Amerika, die het aantal malen dat het land daalde en omhoog kwam aangeven, varieert van tien in Illinois, twintig in Pennsylvania, vijfendertig in Alabama, tot vijfenzeventig in Canada. De fossielen van zowel zoet- als zoutwaterdieren worden in de steenkoollagen gevonden.
Gedurende dit hele tijdvak waren de bergen van Noord- en Zuid-Amerika in beweging, waarbij zowel de Andes als de zuidelijke voorlopers van de Rocky Mountains hoger werden. De uitgebreide hoge kustgebieden langs de Atlantische en de Grote Oceaan begonnen te dalen en raakten uiteindelijk zo aangetast door erosie en overstroming, dat de kustlijnen van beide oceanen zich terugtrokken tot ongeveer hun huidige locaties. De afzettingen van deze overstroming zijn gemiddeld ongeveer driehonderd meter dik.
190.000.000 jaar geleden breidde de Noord-Amerikaanse Carboon-zee zich uit naar het westen over het gebied van de huidige Rocky Mountains, met een uitgang naar de Grote Oceaan door noordelijk Californië. Terwijl de kuststreken rezen en daalden gedurende deze tijden van de in beweging zijnde zeekusten, zette er zich nog steeds overal in de beide Amerika’s en in Europa laag na laag steenkool af.
180.000.000 jaar geleden kwam er een einde aan het Carboon-tijdperk, waarin over de gehele wereld steenkool was gevormd—in Europa, India, China, Noord-Afrika en de Amerika’s. Aan het einde van de periode van steenkoolvorming kwam Noord-Amerika ten oosten van de Mississippivallei omhoog, en het merendeel van deze landstreek is sindsdien boven de zeespiegel gebleven. Deze periode van het omhoog komen van het land duidt het begin aan van de moderne Noord-Amerikaanse bergen, zowel in de Appalachische streken als in het westen. In Alaska en Californië en in de de streken van Europa en Azië waar zich bergen vormden, waren vulkanen actief. Oost-Amerika en West-Europa stonden met elkaar in verbinding via het vasteland van Groenland.
Door het omhoog komen van het land begon het zeeklimaat van de voorgaande tijden te veranderen, en kwamen daar de eerste verschijnselen van het minder milde en meer gevarieerde vastelandsklimaat voor in de plaats.
De planten van deze tijden waren sporendragend, en de wind was in staat om deze wijd en zijd te verspreiden. De stammen van de bomen uit het Carboon waren gewoonlijk meer dan twee meter dik en vaak meer dan acht en dertig meter hoog. De huidige varens zijn echte overblijfselen uit deze voorbije tijden.
In het algemeen waren dit de tijdperken waarin de zoetwater-organismen zich ontwikkelden; er vond weinig verandering plaats in de eerdere vormen van zeeleven. Maar het belangrijke kenmerk van deze periode was het plotselinge verschijnen van de kikvorsen en hun vele verwanten. De hoofdkenmerken van het leven in de steenkooltijd waren varens en kikvorsen.