Наиболее многочисленны и важны по своему значению ископаемые остатки беспозвоночных. Их размеры варьируют от микроскопических до размеров головоногих, скрученные спиралью раковины которых достигают 2 м в диаметре. Период существования этих животных занимает почти 570 млн. лет – от нижнего кембрия до исторических времен.

Членистоногие животные и их панцири
Одними из самых ранних палеонтологических находок были членистоногие; они обнаружены в слоях начиная с кембрия. Эти животные были одеты хитиновым скелетом, таким, как у современных насекомых, пауков, крабов и раков. Но представлены они были трилобитами и другими странными существами.
Трилобиты – это морские слабо специализированные животные с телом, поделенным на большое число сходных по строению сегментов. Они появились в кембрии, достигли расцвета в нижнем палеозое, стали редеть в девоне и к концу перми вымерли. Родственные им эвриптериды жили не так долго – с кембрия до перми. Другая важная группа членистоногих – ракушковые ракообразные. Их тело заключено между двумя крошечными» почти микроскопическими створками, соединенными на спинной стороне. Створки имеют характерный узор, что позволяет использовать их как важный индикатор геологических пластов. Поскольку распространение каждого вида во времени хорошо известно, обнаружение одного из них в данной осадочной породе позволяет установить ее возраст.
Членистоногие были и в числе первых обитателей суши: многоножка Archedes-mus обнаружена в девонских отложениях.
Вскоре появились насекомые, и уже в карбоне лес служил убежищем для гигантских стрекоз Медапеига – величиной с попугая. К сожалению, окаменелости наземных членистоногих попадаются редко, и об их эволюции известно немного. Однако выяснено, что паукообразные и примитивные насекомые вполне закрепились на суше уже в верхнем палеозое, тогда как мухи и общественные насекомые появились лишь в верхнем мезозое.
Моллюски – еще одна группа организмов с длинной родословной: принадлежащие к этой группе головоногие были найдены в кембрии. У первых головоногих была прямая коническая раковина, они встречались вплоть до карбона. Параллельно развивалась другая группа см. головоногих, у которых раковина была изогнутой, а позже-свернувшейся в тугую спираль. Из этих похожих на наутилуса моллюсков развились мезозойские аммониты, окаменевшие раковины Has которых – обычный спутник юрских отложений по всему миру. Они же являются превосходным индикатором возраста сто слоев, поскольку их форма и строение кал различны у разных видов, живших обычно очень недолго. Аммониты вымерли в период радикальной смены фауны в конце мезозоя, с той поры из головоногих сохранились лишь кальмары, каракатицы, осьминоги и наутилусы.
Брюхоногие и двустворчатые – другие крупные группы моллюсков – тоже существовали уже в кембрии: но по-настоящему многочисленными двустворчатые стали лишь в третичное время. В течение палеозоя и мезозоя их экологическая ниша была занята примитивной группой – плеченогими, которые внешне походили на них, поскольку вели сидячий образ жизни и их тело было заключено между двумя раковинами, но близкого родства с ними не имели. Вместо правой и левой створок, как у двустворчатых, у плеченогих были верхняя и нижняя створки.

Эволюция кораллов
Кораллы – очень важная груша ископаемых организмов; ее разделяют еще на три группы. Первая из них носит название «тетракораллы», или «ругозы», для которых характерен сильно складчатый скелет. Это были одиночно живущее организмы, по строению похожие на актиний, но заключенные в чашечки. Позже тетракораллы стали образовывать колонии из нескольких особей. Впервые они появились в среднем ордовике, достигли расцвета в нижнем карбоне и вымерли в перми. Представители второй группы – табуляты – всегда жили колониями, состоявшими из множества мелких особей. Они появились в среднем ордовике, достигли расцвета в силуре и девоне и вымерли в перми. Третья группа – шестилучевые кораллы – ныне основной образователь рифов. Они появились лишь в середине триаса. Большинство из них – колониальные формы.

Некоторые родственники позвоночных
Тип хордовых животных, к которому принадлежит и человек, включает также несколько групп мелких, на первый взгляд просто устроенных червеобразных животных. Раннее ответвление от этого ствола, вероятно, дало начало там – колониальным дрейфующим и сидячим организмам, многочисленным в морях ордовика и силура. Для их эволюции характерен быстрый переход от сложных форм ордовика к прямым и простым формам силура, что делает их важным индикатором палеозойских черных сланцев.
Иглокожие – морские звезды, морские ежи и морские лилии – вероятно, близки к предкам позвоночных и, поскольку имеют наружный скелет, хорошо сохраняются в окаменевшем состоянии. Некоторые песчаники карбона в значительной степени состоят из скелетных пластинок морских лилий.