泥盆纪（Devonian Period）是六个古生代（5.42-2.51 亿年前）时期中的第四个纪，介于志留纪之后和石炭纪之前。泥盆纪开始于4.192亿年前，一直持续到3.59亿年前。泥盆纪以地质年代来划分，可归纳为早泥盆世（lower Devonian period）、中泥盆世（ middle Devonian period）和晚泥盆世（upper Devonian period）。晚泥盆世又分界为弗拉斯尼亚时代（大约3.83-3.72亿年前）和最后的法门尼时代。

在地球早期的历史上，泥盆纪是一个重要的过渡时期，在这个时期，生物的演化上，发生了很多重大的革新。在泥盆纪初期，已经出现了苔类、藓类、地衣，和植株小、无叶片（leafless）、心形状的顶囊蕨（Cooksonia），这些全都是志留纪时期的陆生植物，而到了泥盆纪末期，森林中已经进化到长有叶子、根和种子的树木状植物。泥盆纪开始时，在陆地上各种蠕虫、千足虫（millipedes）、蜈蚣（centipedes），或许也包括了一些蛞蝓（slugs）等动物，在如垫子的苔类和藻类上爬行。到了泥盆纪晚期，森林里住着原始的两栖类动物（amphibians）、许多不同种类的昆虫、和长的像蜘蛛的生物（角怖目trigonotarbids），与在蕨类和树木之间生活的蛛形动物（arachnids）。的确，脊椎动物从海洋进化到陆地，崛起的时间是在泥盆纪时期，从古生物提塔利克鱼（Tiktaalik roseae）的化石中，或许能看出两栖类动物的进化过程。

图中的海百合（Crinoids）化石是盛行于泥盆纪时期和较晚的年代

泥盆纪有时也被称为“鱼类时代”，因为海洋中的脊椎动物种类繁多。硬骨鱼（bony fishes）在志留纪末期或泥盆纪初期时进化，因此在泥盆纪的早期，大多数的鱼类，身体上都长有盔甲般的骨板，无颚鱼类在当时也是常见的鱼种。但是到了泥盆纪末期，鱼类分化成目前的纲和亚纲-《无颚鱼类（jawless fish），软骨鱼类（cartilaginous fish），辐鳍鱼类（ray-finned fish）和叶鳍鱼类（lobe-finned fish）》和各种硬骨鱼类（Osteichthyes），这些都在泥盆纪中期时，蓬勃发展。另外还有两种鱼类出现在奥陶纪晚期，并在志留纪时期趋于多样化，到了泥盆纪时期繁衍旺盛；事实上，盾皮鱼（placoderms）就是其中之一种，也是占泥盆纪大部分的时间中，最主要的鱼类，在泥盆纪早期阶段结束时，盾皮鱼的种类和数量都取代了无颚鱼类。另一种鱼类-棘皮鱼（Acanthodians），也是在泥盆纪时期中，发展繁盛的鱼类，具有颚和骨头，但是也有软骨鱼类的某些特征。然而，盾皮鱼在泥盆纪末期时绝种，棘皮鱼在同一个时间，生长数量也下降，直到二叠纪时灭绝。

属于盾皮鱼类的格明登镰甲鱼(Drepanaspis gemuendenensis)模型，是一种出现在泥盆纪早期的无颚鱼类。

比较大型的自然历史博物馆，都会陈列邓氏鱼(Dunkleosteus)这种掠食性的盾皮鱼类。

接近泥盆纪末期时，发生了一次大规模的生物灭绝事件，或者可能是发生了一系列的生物大灭绝活动，让大部分栖息在温暖浅海中的多样性生物灭绝。最有可能解释生物灭绝的原因，是火山活动改变了大气和气候，导致地球上的温度处于不稳定状态，最终产生了某些冰河时期，使得海平面下降（将温暖的浅海区域暴露在空气中）。在泥盆纪晚期，也明显的受到一系列流星撞击的影响，尽管这跟生物灭绝是否有关，还是存在质疑，来自它们撞击地球的时间点，似乎是发生在大多数灾难性的生物大灭绝之后。蕨类植物和原始树木的进化、以及随后在两个主要大陆（欧美大陆和冈瓦纳大陆）上出现的森林，也可能隔离大气中大部分的二氧化碳，进一步助长了气候的变迁，引发了冰河时代，对依赖温暖浅海生活并繁衍的海洋物种，导致大规模的灭绝。

保存非常完整的鱼类化石，被发现于魁北克省米瓜沙河口的埃斯屈米纳克地层(Escuminac Formation)，距今有3.8亿年。

这是泥盆纪时代，保存非常完整的叶鳍鱼化石，产自于米瓜沙国家公园，距今有3.8亿年。

沟鳞鱼（Bothriolepis canadensis）是头部和鳍部都带有盔甲的盾皮鱼类，源自于加拿大魁北克，这种鱼可能已经很会在泥沼中爬行，并稍微在陆地上进行活动（它也似乎有肺）。

这是一只甲胄鱼，一种带壳的鱼，（Protaspis transversa）这种特别的带壳无颚鱼，生活在泥盆纪时代的海洋中，也是现在的怀俄明州。