Oberdevon
Die Fische entwickelten sich, besonders die Panzerfische (Placodermi), in ungeheurer Vielfalt. Daher wird das Devon auch als „Zeitalter der Fische“ charakterisiert. Der größte Fisch und zugleich das größte bekannte tierische Lebewesen dieser Periode war Dunkleosteus, ein räuberisch lebender Panzerfisch aus dem späten Devon, der zu den Arthrodiren zählt und eine Länge von bis zu neun Meter erreicht haben könnte. Außerdem erreichten die Stachelhaie (Aconthodii) den Höhepunkt ihrer Artenvielfalt. Erste gesicherte Funde dieser Fische aus der Überklasse der Kiefermäuler stammen aus dem Silur, im Perm starben sie aus. Die Quastenflosser und die Lungenfische erschienen erstmals im Devon.
Gegen Ende des Devons treten die ersten Landwirbeltiere (Tetrapoda) auf. Gattungen wie Ichthyostega (vor rund 370 Millionen Jahren) und Acanthostega hatten eine amphibische Lebensweise. Sie gehören zu den früher als „Labyrinthodontia“ zu den Amphibien gestellten Vierfüßern, die sich, den Fossilfunden aus Grönland zufolge, im Devon aus den Quastenflossern entwickelt haben könnten.
Im Oberdevon entstanden vermutlich die ersten geflügelten Insekten.
Innerhalb der Gruppe der Kopffüßer entstanden ab dem Emsium die Ammoniten, die für die stratigraphische Gliederung des Mittel- und Oberdevons bereits eine wichtige Rolle spielten.
Die Moosart Pallaviciniites devonicus aus dem Oberdevon ist einer der ersten gesicherten Funde der Moose. Diese Art wird den Lebermoosen, genauer der Unterklasse Metzgeriidae (auch als Ordnung Metzgeriales aufgefasst) zugerechnet. Die Moose müssen sich schon früher entwickelt haben, aber fossilierte Funde sind sehr selten.
In den sumpfigen, tropischen Gebieten des Oberdevons entstanden die ersten Wälder. Aus ihnen entstanden die ältesten Kohlevorkommen.
Die Gesteinsausprägung der silizo-klastischen und karbonatischen Sedimente aus dem Ablagerungsraum des küstennahen Schelfs wird im Devon Rheinische Fazies genannt. Hier sind die für das Devon typischen flachen Körper (Bioherme) wellenresistenter Riffe zu finden. Als Riffbildner traten besonders die heute ausgestorbenen Stromatoporen, Rugosa und Tabulata in Erscheinung. Die Riffbildung des Paläozoikums erreichte im Devon ihren Höhepunkt. Nach dem Aussterben am Ende des Devons wurden lange Zeit keine großen Riffe mehr gebildet, erst im Mesozoikum entstanden wieder mächtige Riffe.
Ein Beispiel für ein kleines isoliertes Atoll-Riff, das während des Givetiums und des Frasniums gebildet wurde, ist der Iberg im Harz. Größer ist der Elbingeröder Komplex, der während desselben Zeitraums auf einem Vulkansockel entstand. Innerhalb dieser Atolle lebten auch die Brachiopoden Stringocephalus burtini und Uncites gryphus. Sie werden in den Massenkalken des Rheinischen Schiefergebirges gefunden und gelten als Leitfossilien des Givetiums.
Auf dem tiefen Schelf und im offenen Ozean wurden die Gesteine der Herzynischen und Böhmischen Fazies sedimentiert. Es sind häufig dunkel gefärbte Tone oder Mergel, in denen Plankton oder Nekton aus dem Wasserkörper fossil erhalten sind. Der Meeresboden war meist Sauerstoff-arm, so dass nur bereichsweise Bodenorganismen überliefert sind. Benthos wurde häufiger durch submarine Rutschungen, Trübeströme oder Sturmflutereignisse als Allochthon eingebracht. Auf Schwellen zwischen diesen Bildungen des tieferen Wassers konnten pelagische Kalke (Cephalopodenkalke) mit einer typischen Fauna aus Cephalopoden und Conodonten sedimentiert werden.
Im Oberdevon kam es im jüngsten Frasnium zu einem markanten zweiphasigen Aussterbeereignis, das sich in der Lithologie durch das Auftreten dunkler, kohlenstoffreicher Gesteine äußert.
Die erste Beschreibung der Lithologie und der Makrofauna stammt aus dem Kellwassertal, einem Seitental des Okertals im Harz. Nach der Lokalität werden die dunklen, meist mergeligen Gesteine als Kellwasser-Kalk und entsprechend das Ereignis als „Kellwasser-Ereignis“ bezeichnet.
Vor dem Ereignis kam es während des Frasniums zu einem durch mehrere Regressionsereignisse unterbrochenen Anstieg des Meeresspiegels mit einem vermutlichen Höchststand zum Beginn des Ereignisses. Jede dieser mehrere zehntausend Jahre andauernden Phasen wird durch einen plötzlichen weiteren Anstieg des Meeresspiegels eingeleitet, der besonders in Lokalitäten im europäischen und nordafrikanischen Raum mit der Bildung von kohlenstoffreichen Kalken, Mergeln und Tonen unter anoxischen Bedingungen verknüpft ist. Die Sedimentation von Brekzien bzw. das Auftreten von Sedimentstrukturen wie die der „deformierten Rutschmassen“ zeigen gegen Ende jeder der zwei Phasen eine plötzliche Meeresspiegel-Senkung an. Diese Ereignisse konnten auch in den Karnischen Alpen nachgewiesen werden. Die zweite Phase leitet in eine nur durch kurze transgressive Pulse unterbrochene globale Absenkung des Meeresspiegels durch das gesamte Famennium ein. Diese eustatische Absenkung des Meeresspiegels wurde durch eine globale Abkühlung mit der Ausbildung einer Vergletscherung auf dem Südkontinent verursacht. Das bedeutendste der mit dem Kellwasser-Event verknüpften Aussterbeereignisse fand zum Ende der zweiten Phase statt.
Bei diesen Aussterbe-Ereignissen waren hauptsächlich marine Gruppen betroffen, die Landlebewesen wurden weniger reduziert. Einige der am stärksten betroffenen Gruppen waren u. a. die Trilobiten, Acritarcha, die Tabulata und Rugosa, Stromatoporen, Brachiopoda und die Panzerfische.