Органический мир. В самом начале палеозоя произошло внезапное появление и быстрое расселение форм с твёрдым скелетом, ранее не встречавшихся. К ним относятся хиолиты, хиолительминты, гастроподы, брахиоподы и археоциаты — древнейшие рифостроящие организмы, вымершие к концу раннего кембрия. В нижнем палеозое широко распространены древнейшие членистоногие — трилобиты. Они составляли значительную часть органического мира кембрийских и ордовикских морей, менее многочисленны они были в ордовике и силуре и вымерли в конце П. э. С самого начала кембрийского периода в значительном количестве появились хиолиты и настоящие моллюски. Большого разнообразия достигали плеченогие (брахиоподы), имевшие важное значение для расчленения пластов среднего и верхнего палеозоя. Вместе с брюхоногими (гастроподами) и двустворками (пелециподами) они жили на различных глубинах моря. В ордовике появились многочисленные одиночные и колониальные кораллы , мшанки , а также строматопороидеи .
К беспозвоночным П. э., свободно плававшим на поверхности моря, относятся граптолиты , время существования которых в основном ограничено ордовиком и силуром, и головоногие моллюски из группы наутилоидов, особенно богато представленные в ордовике. В девонском периоде они отходят на второй план, но быстро развиваются гониатиты с более сложно построенной раковиной; наконец, в верхнем палеозое широко распространились одноклеточные животные — фораминиферы , среди которых особенно важны фузулиниды, имевшие раковины необычайно сложного строения. Изменения раковин фузулинид в сравнительно короткие отрезки времени позволяют с большей детальностью сопоставлять одновозрастные отложения, заключающие их остатки в разных районах.
Из позвоночных в П. э. появляются рыбы; в кембрии и ордовике распространены примитивные, бесчелюстные, а в силурийском и особенно в девонском периоде широко представлены двоякодышащие и кистепёрые рыбы. Из последних развились земноводные (амфибии) — первые животные, вышедшие на сушу в конце девона. Древние амфибии П. э. относятся к вымершей группе панцирноголовых (стегоцефалов ). В каменноугольном и особенно в пермском периоде наряду с ними существовали травоядные и хищные пресмыкающиеся.
Так же быстро развивались и растения П. э. В кембрии и ордовике они представлены главным образом водорослями . Вопрос о существовании высших наземных растений в это же время остаётся открытым. В отложениях силура встречаются остатки спор , а в породах нижнего девона повсеместно имеются отпечатки примитивных низкорослых растений — псилофитов , по-видимому, населявших прибрежные районы. В среднем и верхнем девоне растительность становится значительно разнообразнее: распространены древовидные плауновые, первые членисто-стебельные (в том числе клинолисты), прапапоротники, прогимноспермы и первые голосеменные. В каменноугольном периоде [см. Каменноугольная система (период) ] происходит особенно значительный расцвет флоры, представленной хвощеподобными каламитами, древовидными плауновыми (лепидодендроны, сигилярии и др.), различными папоротниками, папоротникообразными семенными (птеридоспермами) и кордаитами. Густая лесная растительность этого времени послужила материалом для образования многочисленных пластов каменного угля. Начиная с карбона отмечается появление палеофлористических областей. В Гондване в это время, видимо, уже существовала так называемая глоссоптериевая флора, особенно характерная для следующего, пермского периода [см. Пермская система (период) ].
Отложения палеозойской эры на территории СССР. В пределах СССР широко распространены как платформенные, так и геосинклинальные отложения П. э. Весь комплекс осадочных отложений Восточно-Европейской и Сибирской платформ сложен преимущественно породами палеозоя. В северо-западной части Восточно-Европейской платформы развиты морские глины и песчаники кембрия, известняки ордовика и силура. Широко распространены морские девонские и каменноугольные отложения, представленные преимущественно известняками с отдельными прослоями и пачками песчано-глинистых пород, с которыми связаны залежи нефти, пласты углей, бокситов и огнеупорных глин. Континентальные отложения палеозоя присутствуют в составе мощных угленосных серий Донбасса, Печорского бассейна и широко распространены среди красноцветных толщ, которые в пермский период формировались в восточной части Восточно-Европейской платформы между Волгой и Уралом.
На Сибирской платформе среди палеозойских пород особенно полно развиты морские отложения кембрия — известняки, доломиты, а местами — каменная соль, гипсы и ангидриты. В верхнем кембрии и в ордовике известняки и доломиты чередуются с песчано-глинистыми частично континентальными образованиями. Силурийские и девонские отложения, представленные соответственно карбонатно-сланцевыми и песчано-глинистыми породами, имеют здесь ограниченное распространение. Каменноугольные и пермские отложения представлены главным образом континентальными угленосными отложениями большой мощности.
Геосинклинальные образования палеозойского возраста состоят из осадочных и эффузивных отложений, прорванных разнообразными интрузивными породами. Они широко развиты на Урале, в Казахстане, в Средней Азии, в горных сооружениях, окаймляющих Сибирскую платформу, на Дальнем Востоке и во всей северо-восточной части СССР. Крайне ограниченное распространение имеют палеозойские отложения в новейших складчатых сооружениях Памира, Кавказа и Карпат, а также Сахалина и Камчатки, где они выступают в сводовых частях антиклинальных поднятий среди более молодых пород.
Полезные ископаемые. С каледонскими и герцинскими интрузивными породами палеозоя на Урале, в Казахстане, на Алтае, в Западной Европе и Северной Америке связаны богатейшие рудные месторождения. К осадочным породам палеозоя приурочены нефтяные месторождения Волго-Уральской области СССР, центральной части Северной Америки, провинции Альберта в Канаде, месторождения каменного угля Донецкого, Подмосковного, Печорского, Карагандинского и Кузнецкого бассейнов, угольных бассейнов Западной Европы, Аппалачей (Северная Америка), месторождения горючих сланцев Эстонии и медистых песчаников Приуралья и Казахстана. Палеозойский возраст имеют также крупные месторождения фосфоритов (Каратау в СССР, Скалистые горы в США), бокситов (Урал, Салаир и др.), каменных и калийных солей (Соликамское, Илецкое и Иркутская группа месторождений в СССР, Штасфуртское в ГДР). Многие горные породы палеозоя используются как превосходный стройматериал (ордовикские известняки окрестностей Ленинграда, каменноугольные известняки Подмосковья, уральский мрамор и др.).