En rocas cámbricas se encuentran los registros fósiles más abundantes de invertebrados, estas rocas muestran que los representantes de todos los principales fílums de invertebrados marinos aparecieron en este período en el que abundaron las esponjas, los braquiópodos y los artrópodos. Esta abundancia de invertebrados hace probable que más de la mitad de la evolución total de los invertebrados haya ocurrido en el período Cámbrico.
En rocas del Ordovícico se encuentran restos de las primeras formaciones coralinas, así como evidencia de la evolución de los arácnidos a partir de artrópodos, y no paso mucho tiempo en la escala geológica para que aparecieran los primeros animales de respiración aérea. Esas criaturas, anatómicamente iguales a los escorpiones y a los milpiés, fueron, presumiblemente, los primeros animales que exploraron y habitaron las costas y la seca atmósfera que tenia la tierra, aproximadamente al mismo tiempo que las plantas iniciaban su aventura como sistemas terrestres. Aquellas plantas terrestres empezaron a establecerse en el período Devónico, al mismo tiempo que también las arañas y los insectos ápteros, vivían ya libremente sobre la tierra. En los mares calientes en los que rápidamente evolucionaron los peces y los anfibios, fueron abundantes los corales y los braquiópodos.
Con la emergencia de tierra firme y su pronta colonización por plantas "carboníferas" se pusieron las condiciones para un rápido desarrollo de los artrópodos. Las arañas, los escorpiones y los ciempiés se establecieron como tipos permanentes, así como centenares de especies de insectos, los cuales estaban todos adaptados a la vida terrestre. Los moluscos gasterópodos iniciaron también un rápido proceso evolutivo de desarrollo, y otros tipos de invertebrados, como equinodermos y foraminíferos, fueron especialmente abundantes. En rocas del Pérmico se han encontrado fósiles de las modernas especies de insectos como cucarachas, moscas, y libélulas. Una de estas libélulas, Meganeura moneyi, con una envergadura alar de unos 70 cm alcanzó probablemente el mayor tamaño jamás alcanzado por un insecto terrestre. La rápida evolución de los insectos se dio a la par de moluscos cefalópodos. En el período Triásico, invertebrados acuáticos, los ammonites, extintos en la actualidad fueron dominantes, mientras que crustáceos y equinodermos evolucionaron hacia los tipos modernos. Después, en el período Jurásico dentro de la evolución de los vertebrados florecieron los grandes dinosaurios y los reptiles voladores al mismo tiempo que aparecerían las primeras aves con caracteres reptilianos y los primeros mamíferos, al unisono del máximo esplendor de los ammonites, que pronto se extinguirian. En este período y en el que sigue el Cretácico, se establecieron los tipos modernos de invertebrados acuáticos y terrestres.
El éxito de los invertebrados viene dado no sólo por su superioridad numérica sino también por su tremenda diversidad de formas y funciones (Gardiner 1978).
