古生代的第四个纪，约始于34500万年前。泥盆系最初研究于英格兰西南部的德文郡（Devonshire），德文郡的泥盆系由海相沉积岩组成，但在威尔士、苏格兰和英格兰西部，泥盆系却是巨厚的陆相老红砂岩。早泥盆世时，北美是一个低洼的大陆，海水甚少，阿巴拉契亚地槽在泥盆纪的大部分时间内接受了沉积。这时期的岩石见于密西西比河谷、大湖区、加拿大西北部和阿巴拉契亚地区。泥盆纪的地层在纽约州发育的最好，这里层序完整，化石丰富。纽约州西部泥盆系出露于亚利桑那、科罗拉多、犹他、怀俄明、爱达荷、蒙大拿和内华达州。大部分属于中、晚泥盆世。泥盆系也出露于不列颠群岛、德国、法国和苏联；中国和亚洲的其他地点；南非；澳大利亚和新西兰；以及南美。在北美，泥盆纪末以始于中泥盆的一个造山运动——阿肯特幕的高潮为标记，这次上升，伴有巨大的火山活动，隆起了从阿巴拉契亚地区经新英格兰到加拿大的沿海各省的山脉。

　　气候显示泥盆纪时是温暖的。化石记录说明远至北极地区当时处于温带气候。泥盆纪的生物以陆生植物的扩展为特征，植物从株小无叶的种到株高达十二米的树状蕨类均有。海洋无脊椎动物异常丰富，由造礁珊瑚、海绵、棘皮动物、软体动物和众多的腕足动物组成。三叶虫在数量上极大地减少，然而个别特大的种却可大到74厘米长。陆地上出现了最早的昆虫，还有些淡水蛤类和蜗牛。脊椎动物经历了一次几乎是爆发式的发展，淡水鱼和海生鱼类都相当多，这些鱼类包括原始无颌的甲胄鱼类；有颌具甲的盾皮鱼类；以及真正的鲨鱼类。还有与颌连结起来身长达9米具重甲的鲨鱼状的节颈鱼类。新的类型有肺鱼类，一种既有腮，也发育着肺作为辅助呼吸器官的原始类型，这类鱼的某些代表今天仍然活着，形成用腮呼吸的鱼类和用肺呼吸空气的两栖动物间的一个重要的环节。它不但将漂浮囊改变成原始肺，而且这些鱼的某些进化到成对的阔鳍状的鳍状肢，使其能够在水面上生活一个短时期，同时有能在陆地上的有限的运动能力。鉴于脊椎动物的空前演化，泥盆纪曾被称为鱼类时代。最重要的是显示出从总鳍类演化而来的原始爬行动物——四足类（四足脊椎动物）的出现。泥盆系的有些岩石具有重要的经济价值，在阿巴拉契亚地区产玻璃砂，在安大略、纽约、俄亥俄和印地安那产建筑石料，而北美的许多地方产石油和天然气。