距今4.2亿～3.6亿年的泥盆纪是陆生植物的大发展时期。化石记录表明，到泥盆纪晚期，除了被子植物以外所有的植物类群都已经出现。到了中泥盆世时期，地球上首次出现了森林。
距今4.2亿～3.6亿年的泥盆纪是陆生植物的大发展时期。化石记录表明，到泥盆纪晚期，除了被子植物以外所有的植物类群都已经出现。当时的植物类型也是多种多样的，从仅有数厘米高、纤细的草本植物，到高达30多米的大树；从半水生的早期蕨类植物，到具有复杂庞大的气生根和高大树冠的大型蕨类植物；从依靠孢子生殖的细小蕨类植物，到营种子繁殖的裸子植物……到了中泥盆世时期，地球上首次出现了森林。
泥盆纪时期的植物数量大，种类多，但外观却和今天的植物差别极大，看惯了现生植物的人们往往会觉得那时的植物都如同怪物。地质历史上的第一片大森林就由许许多多高大的“怪物”所组成，可以通过保存在岩石中的植物化石来推测泥盆纪时期的陆生植物世界的外貌。
构成泥盆纪森林的植物主要有三种类型，即乔木状石松类、前裸子植物类以及早期真蕨类植物。严格地说，这三种类型的植物都是依靠孢子进行繁殖的，都属于蕨类植物。裸子植物尽管在泥盆纪已经出现，但只是较低矮的植株。
石松是一种蕨类植物，它的孢子叶一般聚集成穗状，孢子囊着生在具有单叶脉的小型叶腹面上。现生石松全都是草本，分布于热带和亚热带等地区。石松植物是化石记录最长的一种陆生维管植物，早在志留纪的地层中就有石松类的化石了。石松植物最繁盛的时期是石炭纪和二叠纪，当时的石松既有草本，也有高达30米以上的大型乔木。乔木状石松类植物起源于中泥盆世时期，典型的特征是具有单叶脉的小型叶。早期的乔木状石松高度仅为3～5米，从泥盆纪中期开始，石松植物长得越来越高大。到了石炭纪，这些石松植物的最高可达30～40米。大型石松类植物是古生代森林的重要组成植物之一，当今世界部分煤田中的煤就是由这些高大的植物经成煤作用而形成的。
前裸子植物中最具代表类型的植物是古羊齿。它是最早具有现生树木外观的植物，这种树的树干与今天的松树类似，高可超过20米，其树干的化石就是最早的硅化木。古羊齿靠孢子进行繁殖，但内部的组织结构却和现生裸子植物的相似，是具有低等蕨类的外部形态和高等裸子植物的内部结构的结合体，是一种盛行于晚泥盆世早已灭绝了的古植物。
构成早期森林的真蕨类植物，化石从美国纽约中泥盆世的地层中发现，高可达5～6米。这种植物具有复杂的分枝系统，被称为枝蕨类。这种植物在生长过程中末端枝系或叶不断脱落，茎的基部膨大。
