古生代開始跟隨前寒武紀。它所包含的第一個主要時間單位是古生代的寒武紀時期。當時，地球的大陸排列非常不同，通常比現在小。美國東南部與南美洲和非洲相連，位於南半球的極地緯度。西部各州位於赤道附近。
寒武紀期間所有已知的生命都是水生的，因此美國海平面以上的地區將是無菌荒地。三葉蟲是寒武紀化石記錄中最常見的一種動物。特別值得注意的是猶他州羚羊泉地區的Elrathia。海綿狀的古細菌在內華達州很常見。
腕足動物，腹足動物和海綿也是重要的寒武紀動物。北美洲的海平面在寒武紀末期下降。淺水區的生態系統可能遭到破壞。寒武紀以大滅絕告終結束。
在全球範圍內，腕足動物和腹足類動物喪失了大部分生物多樣性，海綿損失了大約一半的家庭，近四分之三的當代三葉蟲家庭同時消失了。
當大海終於再次升起時，大陸的大部分將被淹沒。奧陶紀化石記錄中最常見的動物似乎是腕足動物。在中奧陶世期間，辛辛那提附近的大量繁榮和保存得非常詳細。
這個動物群的成員保存在印第安納州，肯塔基州和俄亥俄州。大多數已知的奧陶紀三葉蟲與寒武紀的祖先不同，因為在大規模滅絕中倖存的少數分類群再次多樣化。
在中奧陶世期間，早期的裝甲無頜魚被稱為ostracoderms，在現在落基山脈地區留下了零碎的骨頭碎片。奧陶紀晚期海平面下降。
另一次大規模滅絕標誌著奧陶紀的終結。在全球範圍內，25％的家庭失蹤。腕足動物，魚類，海膽類，海綿和三葉蟲遭受重大損失。大規模滅絕對三葉蟲也造成了最大的破壞，三葉蟲失去了50％的家庭。
在志留紀期間，溫暖，淺海覆蓋了北美大部分地區。伊利諾伊州，印第安納州和密歇根州擁有廣闊的珊瑚礁。
特別是印第安納州的珊瑚礁是整個大陸上最多樣化的時期之一。在志留紀期間，美國東南部仍然是岡瓦納的一部分。 Graptolites仍然居住在美國東海岸附近的水域，但它們並不像以前在奧陶紀期間那樣是志留紀動物群的重要組成部分。
隨著志留紀的發展，覆蓋該國大部分地區的海洋將會撤退。只有密歇根和紐約地區（當時靠近赤道）仍然被淹沒。然而，這些內陸海域沒有被淡水補充，因此逐漸蒸發，在這些地區留下濃鹽沉積。
泥盆紀北美再次體驗到充滿生機的海洋。事實上，泥盆紀的海洋生物可能比古生代的任何其他地方都更加豐富多樣。
在泥盆紀期間，紐約西部的玻璃海綿變得豐富。特別值得注意的是俄亥俄州凱霍加縣的海洋化石，這裡有超過120種海洋生物。
當地的魚類僅留下了5萬多種化石。在泥盆世晚期，已知最古老的種子植物在賓夕法尼亞州生長。負責留下當地化石種子的植物可能是種子蕨類植物，這種植物的葉子類似於蕨類植物，但通過種子而不是孢子繁殖。
Gilboa Forest是世界上第一個在此期間在紐約成立的森林。泥盆紀以另一次大規模物種滅絕而告終。在全球範圍內，25％的家庭失蹤。
幾乎每個菊科，魚類和兩棲動物家族都滅絕了。大多數已知的珊瑚和三葉蟲家族已經滅絕。其他類群的多樣性下降包括腕足動物，苔蘚蟲，海百合和ostracodes。
隨後的密西西比人被暱稱為海百合時代，因為這個群體留下了如此豐富的化石。其他常見的生命形式包括他們的親戚類人體。
針頭大小的有孔蟲Endothyra以海底碎屑為食，在密西西比河期間非常豐富。伊利諾伊州和密蘇里州的一些石灰岩在此時形成，幾乎完全由其遺骸組成。北美密西西比人知道很少有陸地生命化石。
在隨後的賓夕法尼亞州，隨著Pangea開始形成，Gondwanaland的北移最終加入了美國東南部到北美。
山區建築在科羅拉多州，猶他州和懷俄明州建立了祖先落基山脈。海水離開了這個國家的內陸。密集植被的沼澤地很普遍。地質歷史上最大的昆蟲生活在賓夕法尼亞州。
像蠑螈一樣的巨型兩棲動物在堪薩斯州勞倫斯附近留下了足跡，後來化石化了。這一時期的化石足跡也保存在東部各州，如阿拉巴馬州，佐治亞州，西弗吉尼亞州，俄亥俄州和賓夕法尼亞州，那裡有石炭紀化石的足跡。
在整個二疊紀地區，世界各大洲都作為Pangea加入。火山活動發生在西海岸。海洋出現在西南和西海岸。
德克薩斯州的海域是大量的珊瑚礁的家園，這些珊瑚礁是由棘手的腕足動物混雜在一起的。曾經覆蓋堪薩斯州，新墨西哥州和德克薩斯州的海洋開始乾涸並留下鹽沉積物。
美國西部的內陸地區氣候炎熱乾燥。沙丘在全國都很普遍。二疊紀的昆蟲是常見的和多樣的，但比賓夕法尼亞的昆蟲小。
這個一個例子是在堪薩斯州埃爾莫附近的一個名為Insect Hill的地點保存了20個不同的。大型兩棲動物在美國西南部並不罕見，但卻無法偏離水體。
Seymouria是一個20英寸長的過渡形式，記錄了來自德克薩斯州的兩棲類前輩的爬行動物的起源。
爬行動物在二疊紀期間變得普遍。德克薩斯州也是pelycosaurs Dimetrodon和Edaphosaurus的家。
在二疊紀晚期，therapsids成為占主導地位的大型陸生脊椎動物。這些是哺乳動物的前體。
二疊紀以地球歷史上最具破壞性的大規模物種滅絕而告終。在全球範圍內，高達96％的物種可能已經消失。
拉古斯和製表珊瑚滅絕了。雖然它們在古生代早期具有多樣性和豐富的悠久歷史，但此時隱蔽處和trepostome苔蘚蟲也已滅絕。
腕足動物遭受了極大的痛苦，從未恢復過以前的數字或種類。 Ammonoids失去了一個家庭。 Eurypterids和三葉蟲滅絕了。
類人猿滅絕了。海膽只是吱吱作響;只知道一個屬存活下來。典型的倖存者是小型的detritivores和沉積物。最糟糕的損失是濾食動物和食肉動物。
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