В силуре появляются первые представители позвоночных животных - панцирные "рыбы". Они принадлежали к круглоротым и только по форме тела напоминали рыб. Для эволюции хордовых характерно возникновение внутреннего опорного скелета, в частности осевого, представленного у низших форм хордой, у высших - позвоночником. Благодаря хорде животные стали быстрее плавать, так как тело получило упругость, а мышцы - опору. Для препятствования переворачиванию во время плавания вдоль тела появились продольные складки кожи, служащие стабилизаторами. Животные с такими складками сохранились до наших дней - это ланцетники. От подобных животных произошли все позвоночные.

В морях девона большого расцвета достигли рыбы. Среди них были хрящевые рыбы (современные акулы, скаты, химеры), появились рыбы с костным скелетом. Костистые рыбы в настоящее время характеризуются многоообразием. Девон - время расцвета кистеперых рыб, которые при помощи плавников могли не только плавать, но и передвигаться по высыхающим озерам в поисках воды. Передние хрящевые дуги вскоре стали утолщаться и приобрели подвижность, образовав челюсти. Чешуйки вместе с кожей заходили и в рот, покрывая края челюстей. Здесь они усилились, образуя "терку", помогающую удерживать и измельчать добычу. Так возникли акуловые рыбы. От них ведет начало все разнообразие рыб, приспосабливающихся к разным условиям. Жаберные щели спрятались под жаберными крышками. Хрящевой скелет стал замещаться костной тканью. У многих рыб стал образовываться плавательный пузырь (у акул его не было) из выпячивания стенки кишечника. К стенкам пузыря подходят кровеносные сосуды с растворами газов. У большинства рыб плавательный пузырь - лишь гидростатический орган, однако иногда он помогает при дыхании. Двоякодышащие рыбы, когда водоемы пересыхают, зарываются в ил. Жабры у них при отсутствии влаги перестают функционировать, но воздух свободно проходит через кишечник в плавательный пузырь. Венозные сосуды, оплетающие стенку пузыря, отдают углекислый газ, и кровь насыщается через те же стенки кислородом. Это показывает, что плавательный пузырь мог превратиться у древних рыб в легкое, если кровеносный сосуд, идущий к пузырю, ответвлялся раньше разветвления на жаберные капилляры и нес к пузырю венозную кровь. Второе важное изменение связано с усилением костей и мускулов грудных плавников, наблюдаемое у кистеперых рыб и помогающее им шагать на своих плавниках по дну водоемов. Оба этих новоприобретения позволили рыбам начать осваивать сушу во время очередного понижения уровня океана, когда оказались заболоченными огромные территории.