泥盆纪时期是指三亿六千万年至四亿六百万年前，也就是古生代中叶的这段期间。
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| 泥盆纪时期化石 |
可另分为三个时期－前泥盆纪时期（四亿零六百万至三亿八千七百万年前）、中泥盆纪时期（三亿八千七百万387至三亿七千四百万年前）、以及后泥盆纪时期（三亿七千四百万至三亿六千万年前）。
地质年代名称，古生代的第四个纪，约开始于4.1亿年前，结束于3.5亿年前，持续约5000万年。“泥盆纪分为早、中、晚3个世,地层相应地分为下、中、上3个统。泥盆纪古地理面貌较早古生代有了巨大的改变。表现为陆地面积的扩大，陆相地层的发育，生物界的面貌也发生了巨大的变革。陆生植物、鱼形动物空前发展，两栖动物开始出现，无脊椎动物的成分也显著改变。
早期裸蕨繁茂，中期以后，蕨类和原始裸子植物出现。无脊椎动物除珊瑚、腕足类和层孔虫（Stromatoporoidea，腔肠动物门，水螅虫纲的一个目）等继续繁盛外，还出现了原始的菊石（Ammonites，属软体动物门，头足纲的一个亚纲）和昆虫。脊椎动物中鱼类（包括甲胄鱼、盾皮鱼、总鳍鱼等）空前发展，故泥盆纪又有“鱼类时代”之称。晚期甲胄鱼趋于绝灭，原始两栖类（迷齿类（Labyrinthodontia）（亦称坚头类）开始出现的。
泥盆纪是地球生物界发生巨大变革的时期，由海洋向陆地大规模进军是这一时期最突出、最重要的生物演化事件。
首先，脊椎动物进入飞跃发展时期，各种鱼类空前繁盛，有颌类、甲胄鱼数量和种类增多，现代鱼类——硬骨鱼开始发展。因此，泥盆纪常被称为“鱼类时代”。在泥盆纪晚期，由鱼类进化而来的两栖类登上陆地，标志着脊椎动物开始了脱离水体并最终征服陆地的演化历程。
其次，陆生植物裸蕨在陆地上完全站稳了脚根，并且，它们的三支后代石松类、楔叶类和真蕨类开始大发展，到泥盆晚期，出现了许多这类植物构成的成片森林，大地真正地披上了绿装。植物的成功登陆，使荒漠的大陆变成绿洲，标志着植物的发展在泥盆纪进入了新的阶段。另外，泥盆纪中晚期的陆地上还出现了最早的裸子植物，但直到二叠纪晚期它们才成为陆地植物的主角。
泥盆纪时，海生无脊椎动物的组成发生了重大变化。古生代早期极为繁盛的三叶虫只剩下少数代表；奥陶纪和志留纪非常繁荣的笔石仅剩下少量的单笔石和树笔石类；菊石正逐渐取代鹦鹉螺类成为软体动物中的主要类群。腕足动物和珊瑚动物有进一步发展，但种类与奥陶纪和志留纪有所不同，这一时期的腕足动物主要以石燕类为主，而珊瑚则以床板珊瑚和四射珊瑚为主。
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| 泥盆纪时期生物 |
泥盆纪的沉积物分布于世界各地，其沉积总量比古生代其他各系都大。沉积地层一般划分为老红砂岩相、莱茵相和海西相，分别代表大陆环境、近岸和远岸的海相环境。不同盆地沉积模式各异。以德国－比利时盆地为代表的岩相，早泥盆世多为近滨、前滨碎屑岩相，中、晚泥盆世发育陆棚碎屑岩相、台地碳酸盐岩相、盆地泥质岩相和水下隆起碳酸盐岩相。华南与西欧类似，差异在于泥盆纪中、晚期台地内部广布以浮游相硅质—泥质、碳酸盐岩沉积，形成台、盆交错的古地理格局。北美东部则相反，早、中泥盆世为较浅水碳酸岩分布，而晚泥盆世全为，较深水的黑页岩与三角洲相卡斯基尔穿插沉积。准噶尔－兴安褶皱带和澳大利亚－新西兰地槽区以岛弧型火山碎屑沉积为主。