现代的两栖动物，如青蛙、娃娃鱼等都是体表湿润光滑的，所以它们又统称为"滑体两栖动物"。然而在遥远的古生代，两栖动物的头上戴着“头盔”，身上长着鳞片。
曾经有两大类两栖动物在古生代时比较繁盛（后面将谈到，其中一类与我们人类演化的关系比较重大），这些动物的头部很大，结构结实，覆盖有坚厚的骨板，因而又常被称为“坚头类”。第一类叫做迷齿两栖类，由其迷路状的牙齿结构而得名。他们是最早的两栖动物，也是地球上最早的四足动物，在距今3亿～2亿年前的石炭纪、二叠纪时期十分繁盛．从中生代初期开始逐渐衰落，一直延续到白垩纪早期，然后从地球上销声匿迹。迷齿两栖类的地理分布很广，种类也十分丰富，后期的迷齿两栖类个体可以达到2米多长，当时是一种可怕的捕食者。我国的乌鲁木齐鲵就是二叠纪时期生活在新疆的一种小型迷齿两栖类，体长约20多厘米。
第二类古老的两栖动物叫做壳椎两栖类。它们是一些小型的两栖动物，体长一般小于30厘米。壳椎类最早出现于石炭纪早期(约3．4亿年前)，在二叠纪的中期彻底灭绝。壳椎两栖动物只分布在欧洲、北美和北非的古生代地层中，我国没有这种动物。由在水域中生活到生活在陆地上，这在脊椎动物发展史上是一次革命性的飞跃。有关鱼类是怎样登上陆地、进化为两栖动物的，目前还没有定论。这个问题其实包括3个小问题：第一，鱼类为什么会离开水中的环境，向陆地发展；第二，这一事件发生在什么时候，以及发生在地球的何处；第三，到底是哪一种或哪些种古代的鱼类登陆成功，进化为两栖类的祖先。
关于第一个问题，已经基本有了答案。在距今三四亿年前的古生代中期，地壳活动十分剧烈，大片的陆地从海洋中升了出来。这样的造山运动断断续续地持续了六七千万年，陆地的面积更加扩大，出现了各种复杂的气候变化。有的河流、湖泊遭到长期的干涸，或是由于天气炎热，造成水中植物的腐烂，使水体严重缺氧；无论哪一种，对于水中生活的鱼类都是严峻的考验。在这样不利生活环境的压力下，有的鱼类因不适应而灭绝了，有的继续向水生方向发展，但逐渐改进了它们的身体，进化出更高等的鱼类。还有一支则登上了陆地，产生了适应于陆地生活的肺和四肢，从而演化出了两栖动物。
第二个问题必须通过化石来寻找答案。我们知道，最古老的两栖动物化石发现于泥盆纪晚期的地层中(距今约3．6亿年前)。其中研究最详尽的是发现于格陵兰东部的鱼石螈和棘螈。上个世纪90年代以来，在澳大利亚、苏格兰、爱尔兰、美国、巴西以及拉脱维亚又相继发现了更多的泥盆纪晚期的四足动物的骨骼和足迹化石。这些发现表明，最古老的两栖动物在泥盆纪晚期时，已经在地球的许多角落出现了。
对第三个问题的争论是最激烈的。现在生物课中使用的多数教科书上都写着：“总鳍鱼是两栖类的祖先”。这一推断有着许多形态学和解剖学的依据。在鱼类中，同属于肉鳍鱼类的总鳍鱼类和肺鱼类是公认的两栖类祖先的候选者。现生总鳍鱼(仅发现一类，即拉蒂迈鱼)和化石总鳍鱼的胸鳍和腹鳍的鳍骨的排列，与四足动物的四肢骨排列十分相似。而肺鱼类的鳍骨与之差别较大。但我国古鱼类学家张弥曼院士通过对各种总鳍鱼类头骨化石的研究，指出总鳍鱼不具有内鼻孔，这样就不能离开水在空气中呼吸，因而失去了到岸上生活的基础。她和其他一些国内外科学家支持另一种假说，即从一种接近古代总鳍鱼类和肺鱼类共同祖先的原始鱼类，进化出了四足动物。另外，还有一些学者认为，肺鱼是两栖类的祖先。
多数古老的两栖动物种类都在演化中消失并灭绝了，但从古生代的两栖动物中发展出了两个重要的分支，一支是向现代的两栖类方向发展，最后演化为我们如今见到的青蛙、蝾螈等滑体两栖动物；另一条道路或许更为重要，即从迷齿两栖类中的一个称为"石炭螈类"的分支中演化出了爬行动物，后来从后者进一步演化出鸟类、哺乳类等。所以说，在低等的两栖动物中，孕育着以后更高等的脊椎动物，从而会最终出现天空中飞翔的鸟类以及我们人类自身。 | | |
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| 蜥螈（下）和阔齿龙（上） | |
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| 三叠蟾 | |
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| 古生代两栖动物组图 | | |
