Paleozoik zaman, Fanerozoik Devir in üç alt bölümünden ilkidir. "I. Zaman" olarak da bilinir. Günümüzden yaklaşık olarak 545 milyon yıl önce başlayıp 251 milyon yıl öncesine kadar uzanan bir jeokronolojik bir zaman dilimidir.
Evrim sürecinin genel eğilimleri ve yasaları gereği, tekhücrelilikten çokhücrelliğe geçişin, yeryüzündeki tüm yaşam biçimleri üzerinde etkisini yoğun olarak ortaya çıkarttığı bir dönemdir Paleozoik zaman.
Paleozoik zaman öncesindeki tek dev kıta Rodinia, Paleozoik zaman içinde birkaç parçaya ayrılmışsa da hâlen kıtalar güney yarı kürede bulunmaktadır.
Paleozoik zamanda okyanuslardaki canlı türlerinde olağanüstü bir çeşitlilik ve yayılma görülür. Algler ve bazı yosunlar tüm sığ denizleri kaplamıştı. Hayvansal yaşamda ise omurgasız türleri çeşitlenme ve yayılma gösterdiler. Paleozoik denizlerinin en tipik canlılarından biri eklembacaklılar grubundan olan üç loblulardı. Erken Paleozoikte çok yaygınlık ve çeşitlilik kazanan üç loblular, zamanın sonuna doğru azalarak ortadan kalktı. Paleozoiğin bir diğer baskın grubu da dallı bacaklılardı.
Paleozoiğin ortalarına doğru omurgalılar denizlerin en önemli gruplarından biri olur. Balık Çağı olarak adlandırılan bu dönemde, ilkel çenesiz balıkların ardından ilk çeneli balıklar, ilk kemikli balıklar ve köpek balıkları ortaya çıkıp yaygınlaşır.
İlk bitkiler ve hayvanlar karasal yaşama hızla uyum sağlamaya başladılar. Damarsız kara yosunu benzeri bitkilerin ve kırkayak benzeri eklembacaklıların öncülük ettiği karaların çok hücreli canlılarca işgaline, Orta Paleozoiğin sonlarına doğru omurgalılar da katıldılar. Geç Paleozoiğe gelindiğinde yeryüzü karaları uçsuz bucaksız ormanlarla kaplandı, pek çok hayvan grubunun temsilcilerinin de katılımıyla karmaşık bir karasal ekosistem kuruldu. Karasal faunanın en göze çarpan üyeleri, artık uçma yeteneğini geliştirmiş olan böcekler, iki yaşamlılar ve sürüngenlerdi.
Paleozoiğin sonlarına doğru kıtaların tekrar bir araya gelmesiyle iklim kuraklaşıp, karasallaşır. Sucul ortamların azalmasıyla geniş alanlara yayılmış sporlu bitkilerin oluşturduğu bataklık ormanları, yerini açık tohumlu bitkilerin oluşturduğu ormanlara bıraktı. İki yaşamlılardan da sürüngenlere doğru bir kayış oldu. Zamanın sonlarında sürüngenler oldukça çeşitlendi ve memelilerin ve dinozorların ataları olan gruplar ortaya çıktı. Bu canlılardan bazılarının kürklü ve sıcak kanlı oldukları düşünülüyor.
Permiyen sonunda, bir gök cisminin yeryüzüne çarpmasıyla, Paleozoik canlılarının büyük çoğunluğu ortadan kalkar. Yok oluşun ardından sahneye yeni canlılar çıkar Eskisinden oldukça farklı olan bu yeni yaşamla, "Dinozorlar çağı" olarak da anılan Mezozoik zaman başlar.
Paleozoik zaman, altı alt dönem olarak incelenir. Kambriyen, Ordovisyen, Silüryen, Devoniyen, Karbonifer ve Permiyen dönemler.