Paleozoinen aikakausi alkoi noin 542 miljoonaa vuotta sitten massiivisella elämänmuotojen räjähdyksellä. Se päättyi 291 miljoonaa vuotta myöhemmin planeetan elämän 90-95 prosentin sukupuuttoon. Sen ilmastoa leimasivat massiiviset lämpötilavaihtelut, kun mantereen massat siirtyivät maapallon pinnan ympäri. Maanosat hajosivat, murtamalla maapallon kuoren ja kaatui taas yhteen sulkien meret ja luoden vuoria. Tulivuoren toiminta muutti ilmakehän kemiaa. Paleotsoinen alue on jaettu kuuteen jaksoon: kambrium, ordoviitsija, siluri, devoni, hiili ja perm.
Mannermaiset miset
Rodinian muinainen superkontinentti, joka muodostui miljardi vuotta sitten ja yhtenä maamassana maapallolla, oli hajonnut paleotsoisen alkaessa kuuteen pääosaan. Nämä massat kokoontuivat uudelleen paleotsoisen aikakauden aikana uuden superkontinentin, Pangean, luomiseksi. Kun maamassat törmäsivät, ne sulkeutuivat meristä jättäen yhden meren, jota tutkijat kutsuvat Panthalassaksi.
Kambrilainen ja ordovikilainen
Elämä räjähti 542 miljoonaa vuotta sitten Kambrium-ajan alkaessa, kun maamassat sijoittuivat maapallon keskelle ja leutoille alueille. Valtameret tulvivat ja heikensivät maata. Valtameriin laskeutuneet sedimentit lisäsivät veden happitasoja. Lämpötilat nousivat ordoviikkakauden alkuun 488 miljoonaa vuotta sitten ja ensimmäiset maakasvit ilmestyivät. Maanosat repivät, murtivat merenpohjaa ja aiheuttivat suuren määrän tulivuoren toimintaa. Kun maamassat suuntasivat kohti maapallon napa-alueita, alkoi jääkausi, lämpötilat laskivat koko planeetan ja kolmasosa maapallon elämästä kuoli.
Silurilainen
Elämä elpyi uudelleen Silurin ajanjakson alkaessa 443,7 miljoonaa vuotta sitten. Koralliriutat ja kalat näkyivät lämpimissä, matalissa merissä. Lämpötilat nousivat luoden erilliset ilmastovyöhykkeet. Maanosassa eteläisellä pallonpuoliskolla oli polaarinen jääkorkki, joka sulautui pohjoiseen lauhkeaan alueeseen ja kuiviin maaolosuhteisiin päiväntasaajan ympärillä. Lämmin meri laski suoloja rannikkoalueille, mikä kannusti merikasveja ja eläimiä sopeutumaan maalla elämään.
Devonilainen
Kun Devonin aika alkoi 416 miljoonaa vuotta sitten, oli vain kaksi maamassaa, jotka molemmat olivat lähellä Päiväntasaajaa. Lämpötilat lämpenivät, kosteikot kuivuivat ja puut kasvoivat maalla, kun taas merillä kehittyi suuri valikoima kaloja. 359 miljoonaa vuotta sitten olevan kauden loppupuolella eteläisen napa-alueen päälle muodostui jäätä, mikä aiheutti merenpinnan laskun, minkä jälkeen lähes 70 prosenttia meren elämästä kuoli. Samaan aikaan lämpötilat pohjoisella pallonpuoliskolla nousivat.
Hiilipitoinen ja Permin
Hiilikauden aikana ilmasto muuttui pohjoisella pallonpuoliskolla kuumasta autiomaasta kosteaan ja kosteaan. Rehevät kasvit ja puut kasvoivat suoissa ja tulvatasanteilla. Permin ajanjakson alkaessa 299 miljoonaa vuotta sitten kaksi suurta mannermaata meni lähemmäksi, niiden väliset meret sulkeutuivat, merialueet vähenivät ja ilmasto kuivui. Mannermaiset törmäykset muodostivat vuoria kuten Appalakkien ja Uralin. Tulivuoret sytyttivät tuhkaa ilmakehään, estäen auringonvalon ja saivat lämpötilat ja ilmakehän happitasot laskemaan. Meri muuttui myrkylliseksi, kun meren sedimentteihin loukkuun jäänyttä metaania ja hiilidioksidia vapautui. Maan otsonikerros tuhoutui 251 miljoonaan vuoteen sitten ja 90-95 prosenttia elämästä oli kuollut.