Paleosoikum on pikim fanerosoikumi aegkond ning jaguneb kuueks geoloogiliseks ajastuks (vanimast noorimani) :kambrium,ordoviitsium,silur,devon,karbon japerm. Paleosoikumis toimusid geoloogilised, klimaatilised ja evolutsioonilised muutused. Kambriumi algusse jääb hulkraksete organismide kiire areng nn "Kambriumi plahvatus", mille käigus ilmusid kõik tänapäevased organismide grupid. Elu arenes meres ja liikus maismaale ning hilispaleosoikumiks leidus maismaal mitmesuguseid organisme. Maismaad katsid suured metsad, millest moodustusid kivisöe varud Euroopas ja Põhja-Ameerikas. Paleosoikumi lõpus domineerisid suured, arenenud roomajad ning ilmusid esimesed tänapäevased taimed (okaspuud).Paleosoikum lõppes suurima organismide väljasuremisega Maa ajaloos, mis toimuspermi jatriiase ajastu piiril.
Paleosoikumi alguses oli hiidkontinentGondwana moodustumas või äsja moodustunud ning asus lõunapooluse lähedal. Kambriumi ajastul meretase tõusis ning mitmed kontinendid ujutati üle ning meretase jäi kõrgeks kogu ordoviitisumi vältel, alanedes alles Gondwana jäätumisega alampaleosoikumi lõpus. Ordoviitsiumi ajal eraldasidLaurentia,Baltika,Siberia ja Gondwana kontinenteIapetuse ookean jaTethyse ookean. Ordoviitsiumi lõpus kattis jää suurt osa Gondwana lõunapiirkonnast. Siluri jooksul põrkasid kokku Laurentia ja Baltika kontinent, sulgedes Iapetuse ookeani põhjapoolse haru, ja moodustasid "Vana punase liivakivi" kontinendi. Devoni ajastul hakkasid varapaleosoikumi ookeanid sulguma ning moodustusEurameerika manner. Kogu hilispaleosoikumi jooksul liikusid erinevad kontinendid üksteisele lähemale. Karbonis kattis suurt osa lõunapoolkerast jää ning ekvaatoril tekkisid suured sood. Permis moodustus Gondwana ja Eurameerika ühinemisel hiidmannerPangea.[2]
Kambriumi alguses olid temperatuurid madalamad kui hiljem alampaleosoikumis keskmiselt, kuna Maa taastus alles eelkambriumi ajastul olnud jääajast. Kambriumi jooksul muutus kliima soojemaks ning veetase tõusis. Ordoviitsiumi ajaks oli Gondwana liikunud lõuna poole ning suur osa Lääne-Gondwanast asus lõunapoolusel. Alampaleosoikum lõppes lühikese jääajaga hilisordoviitsiumis, mis põhjustas suuruselt teise väljasuremise fanerosoikumis.Keskpaleosoikumis kliima stabiliseerus ning meretase hakkas tõusma, mille põhjuseks arvatakse polaarliustike osaline sulamine. Baltika ja Laurentia aeglane kerkimine ning Gondwana põhja poole liikumine põhjustasid soojade madalaveeliste merebasseinide tekkimise. Ekvatoriaalses piirkonnas oli kliima soe ning moodustusid ulatuslikud rifid. Baltika ja Laurentia mandri kokkupõrkele järgnenud mäeteke põhjustas mandrite üldise kerke ja ookeanide taandumise. Merede pindala vähenes ning maismaa pinnamoe erinevused põhjustasid kontinentaalse kliima. Varakarboni alguses tõusis taas devonis langenud meretase. Karbonis oli kliima ekvaatori aladel soe ja niiske, soodustades taimestiku arenemist, kuid lõunapoolusele lähemal muutusid temperatuurid jahedamaks. Peaaegu kogu karboni olid Gondwana lõuna-polaaralad kaetud liustikega. Hiliskambriumis veetase langes, kuna liustike ala laienes Gondwanal. Sellega kaasnes ulatuslik mereelustiku väljasuremine. Hiliskarboni ajal toimus maismaal laiuskraadidevahelise temperatuurigradiendi suurenemine. Kontinentaalsed liustikud liikusid kuni 30. laiuskraadideni. Karboni lõpus hakkas kliima muutuma kuivemaks ning see trend jätkus ka permi vältel. Hilispermis langes globaalne meretase ning kontinentidel valdas erosioon. Hilispermis ulatus hiidkontinent Pangea pooluselt poolusele ning mõlemad poolused olid üheaegselt jäätunud. Mereveetaseme langusega kaasnes mandrilavasid katvate madalate ja soojade merede kadumine.
Kambriumis olid taimedest esindatud vaidvetikad. Ordoviitsiumis lisandusid veepiiril olevad algelisedmaismaataimed. Esimesed algelisedsoontaimede leiud pärinevad hilissilurist. Hilisdevonis moodustasid varasedeostaimed, mida leidus siluris vaid soodes, suuri metsi. Devoni keskelt pärineb kakoldade (pärisraikad),osjade (kidade) jasõnajalgade (keerdlehikud) leide. Devoniaegset merd asustasidrohe-,mänd- japunavetikad. Karboni ajastu nimetus viitab maismaataimestikule – mitte ühelgi teisel geoloogilisel ajastul ei oletaimefossiilid olnud nii mitmekesised. Karboni ajastust on jäänud meile kivisöelademed. Eristus troopiline ja parasvöötmeline taimestik. Karbonis olid põhilisteks taimedeks kidad (hiidosjad), pärisraikad (hiidkollad),sõnajalgtaimed,seemnesõnajalad (paljasseemnetaimed) jakordaiidid (paljasseemnetaimed). Varapermis esines taimestikus rohkesti kidasid, kuid hilispermis suurenes järsult paljasseemnetaimede osatähtsus. Ilmusidpalmlehikud,hõlmikpuud jaokaspuud.
Kambriumis toimus kiire elu areng ning organismide mitmekesisus suurenes geoloogiliselt lühikese aja vältel. Ilmusid kõigi loomarühmade esindajad. Seda aega nimetatakse ka "kambriumi plahvatuseks". Kambriumi alguses ilmusid toesega (skeletiga) varustatudhulkraksed loomad. Ilmusid erinevad veeselgrootud:molluskid,trilobiidid,arheotsüaadid (surid välja kambriumi keskel),brahhiopoodid (puuduluksed käsijalgsed),käsnad,meduusid ning paljud organismid, kes on problemaatilise kuuluvusega. Osadel kambriumi hõimkondadel leidub selgeid tänapäeval esinevaid järeltulijaid:lülijalgsed,käsijalgsed,okasnahksed ning molluskid. Nende kõrval esines ka veidra väljanägemisega organisme, kellel puuduvad otsesed järglased (Burgess Shale,Hiina).
Siluris domineerisidselgrootud mereorganismid ning madalmeredes leidus rohkestistromatopoore,tabulaate jarugoose, mis moodustasid rifilaadseid kivimkehi. Tüüpilised esinevad loomarühmad olid brahhiopoodid (käsijalgsed),ostrakoodid jameriliiliad.Peajalgseid, trilobiite ja sammalloomi esines vähem kui ordoviitsiumis. Silurile olid iseloomulikud magestunud laguune asustanudeurüpteriidid (meriskorpionid) ja avameresetteis leiduvadgraptoliidid. Graptoliite ningmikrokivistisi konodonte ja kitiinikuid kasutatakse siluri kivimite stratigraafialisel liigestamisel juhtkivististena.
Devoni ajastul tekkisid esimesedputukad,hulkjalgsed ja primitiivsedkahepaiksed. Devonis surid peaaegu täielikult välja graptoliidid ja trilobiidid, samuti vähenes tunduvalt peajalgsete (nautiloidide) osa. Selgrootutest loomadest olid devoni ajastul arvukamadkarbid,teod, brahhiopoodid (käsijalgsed) ja lihtsadammoniidid (goniatiidid). Selgroogsetest olid devonis esindatud kõik olulisemad kalade ja lõuatute rühmad, kuid valdavalt esines lõuatuid. Hilisdevonis toimus suur veeliste organismide väljasuremine (kadus 57% perekondadest).
Karboni ajastul oli loomastikule iseloomulik maismaaselgroogsete kiire areng ja nende rohkus. Eriti rohkelt esines algelisi kahepaikseid (stegokefaale), ilmusidroomajad ning meredes domineerisidkõhrkalad (hailaadsed). Selgrootutest esines meredes kõige rohkemforaminifeere, goniatiite, brahhiopoode (käsijalgseid), meriliiliaid ja-siilikuid,õisloomi, karpe ning tigusid.
Permi ajastul olid mereliste selgrootute loomade hulgas ülekaalus foraminifeerid, karbid, sammalloomad, käsijalgsed (produktiidid) ja peajalgsed (goniatiidid). Permi lõpus surid välja trilobiidid, tabulaadid, rugoosid ja goniatiidid. Permi ajastul saavutasid maismaal selgroogsete hulgas ülekaalu kahepaiksed. Meres toimus kiireluukalade areng ning roomajatest esinesidteriodondid. Permi ajastu lõppes Maa ajaloo kõige hävitavama organismide väljasuremisega – kadus 83% perekondadest ja 57% sugukondadest.
