古生代开始跟随前寒武纪。它所包含的第一个主要时间单位是古生代的寒武纪时期。当时，地球的大陆排列非常不同，通常比现在小。美国东南部与南美洲和非洲相连，位于南半球的极地纬度。西部各州位于赤道附近。
寒武纪期间所有已知的生命都是水生的，因此美国海平面以上的地区将是无菌荒地。三叶虫是寒武纪化石记录中最常见的一种动物。特别值得注意的是犹他州羚羊泉地区的Elrathia。海绵状的古细菌在内华达州很常见。
腕足动物，腹足动物和海绵也是重要的寒武纪动物。北美洲的海平面在寒武纪末期下降。浅水区的生态系统可能遭到破坏。寒武纪以大灭绝告终结束。
在全球范围内，腕足动物和腹足类动物丧失了大部分生物多样性，海绵损失了大约一半的家庭，近四分之三的当代三叶虫家庭同时消失了。
当大海终于再次升起时，大陆的大部分将被淹没。奥陶纪化石记录中最常见的动物似乎是腕足动物。在中奥陶世期间，辛辛那提附近的大量繁荣和保存得非常详细。
这个动物群的成员保存在印第安纳州，肯塔基州和俄亥俄州。大多数已知的奥陶纪三叶虫与寒武纪的祖先不同，因为在大规模灭绝中幸存的少数分类群再次多样化。
在中奥陶世期间，早期的装甲无颌鱼被称为ostracoderms，在现在落基山脉地区留下了零碎的骨头碎片。奥陶纪晚期海平面下降。
另一次大规模灭绝标志着奥陶纪的终结。在全球范围内，25％的家庭失踪。腕足动物，鱼类，海胆类，海绵和三叶虫遭受重大损失。大规模灭绝对三叶虫也造成了最大的破坏，三叶虫失去了50％的家庭。
在志留纪期间，温暖，浅海覆盖了北美大部分地区。伊利诺伊州，印第安纳州和密歇根州拥有广阔的珊瑚礁。
特别是印第安纳州的珊瑚礁是整个大陆上最多样化的时期之一。在志留纪期间，美国东南部仍然是冈瓦纳的一部分。 Graptolites仍然居住在美国东海岸附近的水域，但它们并不像以前在奥陶纪期间那样是志留纪动物群的重要组成部分。
随着志留纪的发展，覆盖该国大部分地区的海洋将会撤退。只有密歇根和纽约地区（当时靠近赤道）仍然被淹没。然而，这些内陆海域没有被淡水补充，因此逐渐蒸发，在这些地区留下浓盐沉积。
泥盆纪北美再次体验到充满生机的海洋。事实上，泥盆纪的海洋生物可能比古生代的任何其他地方都更加丰富多样。
在泥盆纪期间，纽约西部的玻璃海绵变得丰富。特别值得注意的是俄亥俄州凯霍加县的海洋化石，这里有超过120种海洋生物。
当地的鱼类仅留下了5万多种化石。在泥盆世晚期，已知最古老的种子植物在宾夕法尼亚州生长。负责留下当地化石种子的植物可能是种子蕨类植物，这种植物的叶子类似于蕨类植物，但通过种子而不是孢子繁殖。
Gilboa Forest是世界上第一个在此期间在纽约成立的森林。泥盆纪以另一次大规模物种灭绝而告终。在全球范围内，25％的家庭失踪。
几乎每个菊科，鱼类和两栖动物家族都灭绝了。大多数已知的珊瑚和三叶虫家族已经灭绝。其他类群的多样性下降包括腕足动物，苔藓虫，海百合和ostracodes。
随后的密西西比人被昵称为海百合时代，因为这个群体留下了如此丰富的化石。其他常见的生命形式包括他们的亲戚类人体。
针头大小的有孔虫Endothyra以海底碎屑为食，在密西西比河期间非常丰富。伊利诺伊州和密苏里州的一些石灰岩在此时形成，几乎完全由其遗骸组成。北美密西西比人知道很少有陆地生命化石。
在随后的宾夕法尼亚州，随着Pangea开始形成，Gondwanaland的北移最终加入了美国东南部到北美。
山区建筑在科罗拉多州，犹他州和怀俄明州建立了祖先落基山脉。海水离开了这个国家的内陆。密集植被的沼泽地很普遍。地质历史上最大的昆虫生活在宾夕法尼亚州。
像蝾螈一样的巨型两栖动物在堪萨斯州劳伦斯附近留下了足迹，后来化石化了。这一时期的化石足迹也保存在东部各州，如阿拉巴马州，佐治亚州，西弗吉尼亚州，俄亥俄州和宾夕法尼亚州，那里有石炭纪化石的足迹。
在整个二叠纪地区，世界各大洲都作为Pangea加入。火山活动发生在西海岸。海洋出现在西南和西海岸。
德克萨斯州的海域是大量的珊瑚礁的家园，这些珊瑚礁是由棘手的腕足动物混杂在一起的。曾经覆盖堪萨斯州，新墨西哥州和德克萨斯州的海洋开始干涸并留下盐沉积物。
美国西部的内陆地区气候炎热干燥。沙丘在全国都很普遍。二叠纪的昆虫是常见的和多样的，但比宾夕法尼亚的昆虫小。
这个一个例子是在堪萨斯州埃尔莫附近的一个名为Insect Hill的地点保存了20个不同的。大型两栖动物在美国西南部并不罕见，但却无法偏离水体。
Seymouria是一个20英寸长的过渡形式，记录了来自德克萨斯州的两栖类前辈的爬行动物的起源。
爬行动物在二叠纪期间变得普遍。德克萨斯州也是pelycosaurs Dimetrodon和Edaphosaurus的家。
在二叠纪晚期，therapsids成为占主导地位的大型陆生脊椎动物。这些是哺乳动物的前体。
二叠纪以地球历史上最具破坏性的大规模物种灭绝而告终。在全球范围内，高达96％的物种可能已经消失。
拉古斯和制表珊瑚灭绝了。虽然它们在古生代早期具有多样性和丰富的悠久历史，但此时隐蔽处和trepostome苔藓虫也已灭绝。
腕足动物遭受了极大的痛苦，从未恢复过以前的数字或种类。 Ammonoids失去了一个家庭。 Eurypterids和三叶虫灭绝了。
类人猿灭绝了。海胆只是吱吱作响;只知道一个属存活下来。典型的幸存者是小型的detritivores和沉积物。最糟糕的损失是滤食动物和食肉动物。
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