地球在经历了生物空前繁盛的石炭纪后，又进入了一个漫长的、干旱的严冬时代。根据该时期的岩层显示，这一时期的生物化石较少，但沙石之类的沉积物却显得很厚。该时期，地球上的气候再次出现剧烈的变化，地球多次进入冰期，大地被严寒所包围。于是，繁荣一时的沼泽植物消失了，它们被压在了新的沉积层下方，开始了另一段旅程：压缩和造矿。如今我们所发现的大多数煤矿，就是这样形成的。
在恶劣的气候条件下，生物经受了最严峻的考验，也获得了极具价值的经验。随着地球的回暖、潮湿，一系列新的生物出现了。人们在这一时期的岩层中发现了卵生脊椎动物的印迹。与孵化后需先在水中生活一段时间的蝌蚪不一样，新的卵生脊椎动物在孵化完成前就已几乎发育完全了，孵化后便可在空气中生活。此时，胚胎发育过程中必不可少的一个步骤便是鳃裂，其所导致的结果则是：这类动物再不会有鳃这一器官了。这类不必经过蝌蚪期的新型动物，被人们称为爬行类动物。
在动物发生改变的同时，陆地上各种能结果的树木也得到了进化，它们不必再依赖沼泽和湖泊来繁衍后代了，因为它们已经能做到独立传播种子了。虽然此时陆地上尚未出现草及能开花的植物，但却已经有像棕榈一般的苏铁类植物，还有一些热带松柏类植物。
另外，各种蕨类植物也大量涌现。此时，陆地上虽然还没有蝴蝶和蜂类，但已经出现甲虫了。不管怎样，各种新的动植物已在这漫长而又严酷的寒冷时代里基本形成了，它们只是在等待时机，一旦时机成熟，它们便能迅速繁衍。
随着时光的流逝，地球也在经历了无数次沧桑巨变之后，终于进入了一个平稳的缓和期。在地球轨迹的改变、地轴与地球轨道之间的角度变化、地壳的频繁运动等一系列因素的共同作用下，地球终于迎来了一段气候温暖的时期，这个时期持续了很长一段时间，人们推测其大约为两亿年，而这一漫长的平和时期被人们称为“中生代”，以用来区别在此之前的“古生代”和“原生代”（共14亿年）以及其后延续至今的“新生代”。由于中生代早期的爬行动物种类繁多、数量巨大，所以中生代又被人们叫作“爬行动物时代”。大约在8000万年前，中生代结束。
相对而言，如今地球上爬行动物的种类少了许多，而且分布范围也小得多。但是，与那些在石炭纪时代主宰一时的两栖动物的残存后代比起来，它们的种类还是很多。如今，地球上依旧能看到一些原始物种的身影，比如鳄鱼、蜥蜴、蛇、鳖和海龟等。这些动物都有一个共同的特征：无法忍受严寒的考验，需要常年温暖的气候。事实上，几乎所有的中生代爬行动物都有这样的局限性，它们是生活于温暖丛林里的“温室动物”，经受不了霜冻的洗礼。在中生代，真正干燥地带的动植物群已存在，其与地球生物全盛时期的沼泽、湿地等动植物相比起来，差别很大。
像大乌龟、大海龟、巨鳄以及众多的蜥蜴和蛇等，它们在当时都是盛极一时，除了这些我们熟悉的爬行动物以外，还有很多已经灭绝的奇异种类，如品种繁多的恐龙。此时，蕨类、芦苇等多种植物已开始向陆地上的低平地带扩展，在新的领地繁衍生息，随之而来的便是那些食草的爬行动物——在这些繁茂的植被的吸引下，它们也踏上了这一片土地。在中生代最繁荣的时期，这些动物都长成了庞然大物，其中一些超越以往任何陆地动物，甚至能与鲸鱼一较大小。比如，当时有一类被称为梁龙的恐龙，从其口鼻到尾部足有84英尺长。巨龙比梁龙更加庞大，长达100英尺。另外，当时陆地上还有一种体型能与这些巨兽相提并论的动物，那便是以这些巨兽为食的食肉恐龙，如霸王龙——很多书中都将其描绘成空前绝后的凶残而可怕的爬行动物。
在中生代时期，在树林中相互追逐、觅食的爬行动物中，有一个特殊的物种——已经灭绝的翼手龙。翼手龙拥有蝙蝠状的前肢，当它们伸展前肢时，不仅仅是为了捕捉昆虫，有时也是为了捕食它们自己的同类。最初，它们只是在林间跳跃，逐渐地，它们利用前肢乘风滑翔，变成能在树杈之间飞翔的动物。翼手龙是世界上最早的能够飞翔的脊椎动物，而它们的这种飞翔能力标志着脊椎动物的能力发展到了一个新的里程碑。
同时，这期间还有些爬行动物返回海洋，三种会游泳的矩形爬行动物回归它们祖先生活的海里，分别是沧龙、蛇颈龙以及鱼龙。它们中的一些体型十分庞大，与今天的鲸鱼一般大小。鱼龙水性良好，能很好地在海洋中生活。至于蛇颈龙，现在已经找不到它的同类动物了。蛇颈龙拥有庞大而强壮的身躯，小脑袋长在长蛇似的，比天鹅的长颈还要长得多的颈上，长着鳍状肢，常在沼泽中、浅水里爬行或游泳。蛇颈龙的捕食方式很特别，或像天鹅一样在游动过程中捕捉猎物，或通过潜水伺机偷袭过往的鱼类及其他猎物。
以上提到的便是中生代时期最重要的陆地动物。以我们现在的标准来衡量，中生代的动物比之前物种要高级许多，它们的躯干更大，力量更强，适应能力更佳，分布范围更广，比地球上以往的动物更具有生命活力。
与陆地相比，海洋中的动物演化程度较弱，但也出现了大量的新型物种。那时，浅海区域中出现了种类繁多的菊石类动物，形状像介壳类乌贼，还把身体的大部分蜷缩在壳中。其实，早在古生代时期，菊石类动物的祖先就已经生活在海洋中了，直到中生代的到来，它们才发展至鼎盛阶段。如今，这种海洋生物已经灭绝了，但在热带水域中还生活着一种与之亲缘关系较近的动物，即珍珠鹦鹉螺。还有一种新生的鱼类，它们有更强的繁殖能力，它们的鳞片比以往的片形和齿形更加轻薄，它们繁盛而经久不衰，在湖海江河中享有优势地位。