Il Periodo Permiano (da 280 a 230 milioni di anni fa) fu caratterizzato all'inizio da tipiche foreste carbonifere, alle quali si sostituiscono in seguito conifere primitive, specialmente nelle regioni montane a clima semidesertico. In alcune zone dell'emisfero meridionale le piante più comuni erano rappresentate da un gruppo di felci particolari (Glossopteris). Apparvero numerose nuove specie di insetti, tra cui i coleotteri e le vere e proprie libellule.
Corsi d'acqua e paludi contenevano una grande quantità di pesci, mentre sulle terre acquitrinose gli anfibi continuavano a moltiplicarsi insieme ai rettili, di comparsa ancor più recente e di caratteristiche più evolute. I primi rettili differivano dagli anfibi solamente in alcuni particolari della struttura del capo e delle vertebre. I Seymouriamorfi erano rettili di forma tozza e pesante, di circa sessanta centimetri di lunghezza, forniti di una robusta e caratteristica testa appiattita, ai quali possono essere forse attribuite le uova del Permiano inferiore scoperte nel Texas, considerate come le più antiche uova terrestri conosciute. Le forme dei rettili potevano essere svariatissime; il Dimetrodon, per esempio, simile a una grossa lucertola, ma fornito di una grande pinna dorsale che ricorda quella dei pesci, era un feroce carnivoro che raggiungeva una lunghezza di circa tre metri. Anche l'Edaphosaurus possedeva una grande pinna dorsale, ma era erbivoro.
Tra gli altri rettili del periodo permiano vi erano i Mesosauri, piccole creature acquatiche dal muso aguzzo, ed altre specie simili ma non imparentate alle lucertole attuali. A un altro gruppo appartenevano i Teriodonti, diffusi sotto forma di fossili in Russia e nel Sud Africa, piccoli ed agili carnivori, dai quali si pensa siano discesi i mammiferi. Il Cynognathus rappresentava un tipico esemplare di Teriodonte: raggiungeva quasi i due metri di lunghezza, aveva il cranio simile a quello di un cane e i denti differenziati; le zampe, collocate ventralmente, lo sollevavano notevolmente da terra, cosa che costituiva un miglior addattamento alla vita attiva, al contrario di quanto avveniva per gli anfibi ed i rettili più primitivi.
Il concludersi del Permiano determina la fine dell'era paleozoica, il primo grande capitolo nella storia della vita fossile. A quell'epoca molte specie di animali e piante che avevano raggiunto larga diffusione durante l'era paleozoica erano in via di estinzione. Foraminiferi, diversi briozoi, coralli rugosi, brachiopodi, trilobiti e blastoidi scomparvero quasi completamente, come pure gran parte dei dei crinoidi e dei cefalopodi. La maggior parte degli equiseti e delle felci si estinsero; gli anfibi e gran parte dei pesci subirono una grande riduzione nel numero. Non conosciamo le cause di questo progressivo spopolamento, ma probabilmente esse sono connesse con i grandi mutamenti climatici che caratterizzarono il periodo permiano inferiore, nel quale gli oceani si ritirarono ed emersero estesi continenti. In molte zone si formarono vasti laghi salati interni, mentre l'emisfero meridionale veniva coperto da grandi ghiacciai. Lentamente sorgevano nuove catene montuose, tra cui i monti Appalachiani e gli Urali.


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