Den paleozoiske æra begyndte for omkring 542 millioner år siden med en massiv eksplosion af livsformer. Det sluttede 291 millioner år senere med udryddelsen af mellem 90 og 95 procent af livet på planeten. Dets klima var præget af massive temperaturudsving, da kontinentale masser skiftede rundt på jordens overflade. Kontinenter brød fra hinanden, brækkede jordskorpen og styrtede sammen igen, lukkede havene og skabte bjerge. Vulkansk aktivitet ændrede atmosfærens kemi. Paleozoikum er opdelt i seks perioder: Cambrian, Ordovician, Silurian, Devonian, Carboniferous og Permian.
Kontinentale messer
Det gamle superkontinent Rodinia, der dannedes for en milliard år siden og som en enkelt landmasse på Jorden, var ved begyndelsen af paleozoikum opdelt i seks hoveddele. Disse masser samles igen over den paleozoiske æra for at skabe et nyt superkontinent, Pangaea. Da landmasserne kolliderede, lukkede de havene og efterlod et enkelt hav, som forskere kalder Panthalassa.
Cambrian og Ordovician
Livet eksploderede for 542 millioner år siden i begyndelsen af den kambriske periode, da landmasser blev placeret omkring centrum og tempererede regioner på kloden. Hav oversvømmede og udhulede landet. Sedimenter afsat i havene øgede iltniveauerne i vandet. Temperaturerne steg til begyndelsen af den ordoviciske periode for 488 millioner år siden, og de første landplanter dukkede op. Kontinenter rev i stykker, splittede havbunden og forårsagede en stor mængde vulkansk aktivitet. Da landmasser ledte mod jordens polare regioner, begyndte istiden, temperaturen faldt over hele planeten, og en tredjedel af livet på jorden uddøde.
Silurisk
Livet genvandt med starten på den siluriske periode for 443,7 millioner år siden. Koralrev og fisk dukkede op i varmt, lavt hav. Temperaturerne steg, hvilket skabte forskellige klimazoner. En kontinental masse på den sydlige halvkugle havde en polær iskappe, der flettede nordpå i en tempereret zone og tørre landforhold omkring ækvator. Det varme hav deponerede salte i kystregioner og tilskyndede havplanter og dyr til at tilpasse sig livet på land.
Devonian
Da den devoniske periode begyndte for 416 millioner år siden, var der kun to landmasser, begge placeret nær ækvator. Temperaturerne varmet, vådområder blev tørre, og træer voksede på land, mens et stort udvalg af fisk udviklede sig i havene. Mod slutningen af perioden for 359 millioner år siden byggede is op sig over den sydlige polare region, hvilket fik havniveauet til at falde efterfulgt af udryddelsen af næsten 70 procent af havlivet. Samtidig steg temperaturerne på den nordlige halvkugle.
Kulstof og perm
Kulstofperioden skiftede klima på den nordlige halvkugle fra varm ørken til våde og fugtige forhold. Frodige planter og træer voksede i sumpe og flodsletter. I starten af Perm-perioden for 299 millioner år siden flyttede to store kontinentale masser tættere på, havene mellem dem lukkede, marine habitater faldt, og klimaet blev tørt. Kontinentale kollisioner dannede bjerge som Appalachians og Ural. Vulkaner udspydte aske i atmosfæren, blokerede sollys og fik temperaturer og iltniveauer i atmosfæren til at falde. Havet blev giftigt, da metan og kuldioxid fanget i marine sedimenter blev frigivet. For 251 millioner år siden blev Jordens ozonlag ødelagt, og 90 til 95 procent af livet var uddød.