奧陶紀時期的海洋生物是現代動物的最早祖先。珊瑚和叫做星狀動物的古老海星生長在洋底。海底的帶殼動物包括與現代牡蠣有關的軟體動物、看起來與軟體動物相似的腕足動物和外殼捲曲的腹足動物。頭足類——現生魷魚的堂兄弟——快速遊過海底搜尋獵物。但最大的新出現的動物是像薩卡班巴魚這樣的無頜類。 　　無頜類，例如發觀於南美的薩卡班巴魚，是地球上最早的脊椎動物之一。這一對期仍然沒有任何動物種類生活在陸地上。 　　·魚類 　　最早的魚類是無頜類。它們沒有上下頜，嘴很寬，頭的邊緣長著奇怪的骨板。也許這些骨板是發電器官，用來感覺距離或電擊捕食動物。無頜類的攝食方法是將含有微小動物和沉積物的水吸入口中。它們可能是尾巴向上在海底游泳。 　　·三葉蟲 　　奧陶紀海洋裡生活著500多種三葉蟲。這雖然沒有寒武紀時期的種類多，但其數量仍是巨大的。這是今天三葉蟲化石如此普遍的原因之一。 　　三葉蟲化石很容易找到，這不僅因為它們數量大，而且因為它們定期脫去外殼。隨著動物的生長，外殼落入古海底，常常被掩埋，變成化石。從俄羅斯到摩洛哥到美國，在世界各地的海相岩石中已發現了幾千種不同的三葉蟲。有的長著長刺來抵禦捕食動物，有的將眼睛長在長柄上，這樣當它們埋在泥沙裡的時候仍能看見外面。 三葉蟲能夠在海底游泳或爬行。但它們防禦捕食動物的方法可能像今天的犰狳一樣，將帶殼的身體蜷縮成球狀。我們知道三葉蟲被其他海洋生物捕食，因為我們經常發現三葉蟲化石上有被咬的痕跡。有頜魚類的興起可能促使許多三葉蟲絕滅。但有些三葉蟲一直生存到2．51億年前的最大絕滅性災難發生的時候。 　　·筆石 　　筆石是奧陶紀最奇特的海洋動物類群，它們自早奧陶世開始即已興盛繁育，分佈廣泛。筆石是一類微小的蠕蟲狀生物，它們像今天的珊瑚蟲一樣群體生活。整個筆石群體僅有5釐米長，它們漂流在海面上，吃浮游生物，和今天鯨類所吃的大量微小海洋生物是一樣的。筆石對於科學家來說是特別重要的，因為它們在一個較長的時期裡是逐漸變化的。科學家能夠根據共同發現的筆石的種類判定其他海洋生物化石的年齡。 　　·腕足動物 　　腕足動物在這一時期奧演化迅速，大部分的類群均已出現，無鉸類、幾丁質殼的腕足類逐漸衰退，鈣質殼的有鉸類則盛極一時。腕足類乍看起來很像雙殼類，但和它並沒有多大關係它們殼的大小和曲線都不相同。腕足類的鉸合部喙，以肉柄固著。腕足類現在比較稀少，但在5億年至4．5億年前，它們遠比雙殼類常見。 　　·鸚鵡螺 　　鸚鵡螺進入繁盛時期，它們身體巨大，是當時海洋中兇猛的肉食性動物；由於大量食肉類鸚鵡螺類的出現，為了防禦，三葉蟲在胸、尾部長出許多針刺，以避免食肉動物的襲擊或吞食。 　　·珊瑚 　　珊瑚自中奧陶世開始大量出現，復體的珊瑚雖說還較原始，但已能夠形成小型的礁體。由於海洋無脊椎動物的大發展，在前寒武紀時非常繁盛的疊層石在奧陶紀時急劇衰落。 　　·其他 　　在奧陶紀晚期，約4.8億年前，首次出現了可靠的陸生脊椎動物——淡水無顎魚；淡水植物據推測可能在奧陶紀也已經出現。

5.05億年前奧陶紀幾乎所有的陸地均位於赤道以南。非洲位於南極，同南美洲，南極洲和澳洲接壤。奧陶紀末期，地球變得異常寒冷，超過一半的物種消亡了。

鸚鵡螺的出現

奧陶紀開始時，動物剛剛從一輪物種滅絕中復甦。

填補這一空缺的動物有鸚鵡螺目軟體動物，鸚鵡螺目軟體動物的生活範圍不僅僅限於海底，它們還會在海中游泳。鸚鵡螺目帶硬殼的特殊構造促成這一新的生活方式。

帶盔甲的節肢動物

奧陶紀開始時，常見的一種帶甲節肢動物是鱟（馬蹄蟹）。

儘管叫馬蹄蟹，並不是蟹，它身體前部由半球形的背甲護衛，把嘴和腿藏了個嚴嚴實實，後部由另一層稍小的硬殼護住，最後是長長的、帶刺的尾部。

類似植物的動物

稱為苔蘚蟲，是一種微小的無脊椎動物，由類似盒子的骨骼保護著。它們成群生長，組成的形狀類似植物。

奧陶紀的海底還生活著類似植物的動物，如海百合，它們和海星、海膽同屬一群，長著白堊盤構成的長莖，頂部是腕，可以用來集攏食物。直到今天，這兩種海百合依然存在。

海星與海百合

在現代海洋中，生活著一類外形如五角星的動物，稱為海星類。由於海星和海百合的身體表面有許多瘤突或棘刺，因此又稱它們為棘皮動物。

棘皮動物的骨骼具有網狀結構性質。

在棘皮動物中，海星的體制是典型的五出輻射對稱，形似五角星，海星類最早出現於距今4.4億多年前的奧陶紀晚期，在現代海洋中仍然較繁盛。

海百合的身體分為莖（包括根部和柄）萼、腕三部分。基底有時生根，莖的頂端為萼，形似花萼。出現於距今約4.8億年前的奧陶紀早期，其屬種數佔各類棘皮動物總數的1/3，在現代海洋中生存的尚有700餘種，在海百合類繁盛時期(石炭紀和二疊紀)形成的海相沉積岩中，海百合化石非常豐富，完整的海百合化石十分罕見。

三葉蟲和鸚鵡螺的繁盛

從奧陶紀到志留紀時期的大海，斷寒武紀後，節足動物繁榮興旺起來，特別是三葉蟲。

它在海底四處爬行，鑽到沙或泥裡，爬行痕跡也變成化石。

從志留紀到泥盆紀，三葉蟲數量減少，到二疊紀末滅絕。

志留紀出現了命名為海蠍子的古生代最大的節中足動物，大的達兩米長。

在軟體動物中，鸚鵡螺類是最原始的同類生物。

稱為直角石型，大多數呈直型成角有點彎，分為幾層的殼由一條管貫通各空間，像魷魚，章魚這些動物隱藏在螺的最尾部。

鸚鵡螺類中的極少一部分，作為“活化石”現在仍然活著，大多數則在中生代初期滅亡。

三葉蟲、鸚鵡螺在魚類出現以前。作為大海動物群的代表非常繁盛，成為古生代的重要標準化石（生存在特定年代、成為決定地層年代的標識化石）。

奧陶紀的陸地上沒有任何動物，植物在那時根本沒有出現。所有動物都生活在海洋中。那時的動物與現在的也有很大不同，脊椎動物只有數種，節肢動物的種類也不到現在的1/10，海洋有一些鮮為人知的動物統治著。

海中的頂級捕食者要屬直殼鸚鵡螺。它身長6米，重150千克，是鸚鵡螺、章魚等頭足類軟體動物的祖先。它幾乎什麼都吃，包括三葉蟲、星甲魚、板足鱟等動物。直殼鸚鵡螺也有競爭對手：有史以來最大的節肢動物：3.6米長的板足鱟。板足鱟看上去像是一隻巨大的，沒有尾鉤的蠍子，是最古老的節肢動物之一。板足鱟經常與直殼鸚鵡螺爭奪食物，但總是敵不過它們。