أصبحت عضديات الأرجل والمرجانيات أكثر شيوعًا في البحار، وازدادت أهمية ثلاثية الفصوص. وتحوي الصخور الديفونية كذلك أحافير من الأسماك البدائية. كما انقرضت الجرابتولايت تمامًا في أوائل العصر الديفوني. وتطوَّرت في بعض الأسماك القدرة على تنفس الهواء، وكانت بعض هذه البرمائيات أسلافًا للحيوانات البرية التي تُدعى بالزواحف.
العصر الكربوني (الفحمي) . امتدّ من 345 إلى 275 مليون سنة خلت، وسُمي بهذا الاسم بعد تشكل الطبقات الفحمحجرية في ذلك الزمن في نصف الكرة الأرضية الشمالي. ولم تتطور ترسبات الفحم الحجري في أستراليا حتى فترة متأخرة. لقد وُجدت صخور من العصر الكربوني في عدة مناطق من غربي أستراليا ونيوساوث ويلز وفكتوريا.
وهناك دليل على النشاط الجليدي في صخور العصر الكربوني من شمال شرقي نيوساوث ويلز. ولقد رفعت الحركات الأرضية لكانيمْبلان هذه المنطقة عاليًا فوق مستوى نيوإنجلاند في نيوساوث ويلز في هذه الفترة. وازداد تدفق الحمم بشكل كبير.
تُظهر أحافير العصر الكربوني أن الأسماك استمرت في التطور خلال هذا العصر. وازدهرت المرجانيات وعَضُديات الأرجل في البحار، ولكن ثلاثية الفصوص انقرضت. ولم يُعرف إلا القليل عن نباتات البراري الكربونية في أستراليا. وتُعدُّ صخور جرانيت العصر الكربوني مصدرًا قيِّمًا للذهب والنحاس والرصاص والزنك والتنجستن في كوينزلاند، والتنجستن والقصدير في تسمانيا.
العصر البِرْمي. امتدّ من 275 إلى 225 مليون سنة خلت. وتعود شهرة العصر البِرْمي لوجود احتياطيات فحمية قيِّمة ترسَّبَتْ عبر الحد الشرقي للقارة في ذلك الزمن.