পালিওজোয়িক মহাযুগের প্রারম্ভিকভাগের দুইটি যুগ অর্ডোভিশিয়ান ও সিলুরিয়ান উষ্ণ গ্রিনহাউসের যুগ ছিল এবং এসময় সমুদ্রপৃষ্ঠের উচ্চতা সর্বোচ্চ ছিল (বর্তমানের থেকে ২০০ মিটার উচ্চতায়); উষ্ণ জলবায়ু ৩০ মিলিয়ন বছরের শীতল আদিম পালিওজোয়িক আইসহাউস যুগ দ্বারা বাধাগ্রস্ত হয় এবং এই যুগ ৪৪৫ মিলিয়ন বছর পূর্বে অর্ডোভিশিয়ান যুগের শেষের দিকে হুরোনিয়ান হিমবাহের চূড়ান্ত রূপে পৌঁছে দেয়। 

আদিম ক্যাম্ব্রিয়ান যুগের জলবায়ু সহনীয় ছিল, কিন্তু ফ্যানারোজোয়িক অধিযুগের দ্বিতীয় সর্বোচ্চ সমুদ্রপৃষ্ঠের উচ্চতাবৃদ্ধির কারণে ক্যাম্ব্রিয়ান যুগের শেষের দিকে জলবায়ু উষ্ণ হতে থাকে। কিন্তু এই প্রবণতা বজায় রাখার জন্যে গন্ডোয়ানা দক্ষিণে সরে যায় যাতে অর্ডোভিশিয়ান যুগে পশ্চিম গন্ডোয়ানার (আফ্রিকা এবং উত্তর আমেরিকা) বেশির ভাগ অংশই দক্ষিণ মেরুতে অবস্থান করতে পারে। আদিম পালিওজোয়িক জলবায়ু দৃঢ়ভাবে অঞ্চলভিত্তিক ছিল এবং এর ফলস্বরূপ বলা যায় "জলবায়ু" উষ্ণ হচ্ছিল কিন্তু ঐ সময়ে অধিকাংশ জীবের বসবাসের জায়গা - মহাদেশীয় নিজস্ব সামুদ্রিক পরিবেশ দ্বারা ধীরে ধীরে শীতল হতে থাকে। যদিও বাল্টিকা (উত্তর ইউরোপ এবং রাশিয়া) এবং লউরেনশিয়া (পূর্ব উত্তর আমেরিকা এবং গ্রিনল্যান্ড) গ্রীষ্মমণ্ডলীয় অঞ্চলে অবস্থান করছিল, তবুও চীন এবং অস্ট্রেলিয়া পানি দ্বারা বেষ্টিত ছিল এবং কিছুটা নাতিশীতোষ্ণ ছিল। আকস্মিক এবং সংক্ষিপ্ত কিন্তু ব্যাপক মারাত্নক অন্ত্য অর্ডোভিশিয়ান বরফযুগের দ্বারা আদিম পালিওজোয়িকের সমাপ্তি ঘটে। এই শীতল অবস্থা ফ্যানারোজোয়িক অধিযুগে দ্বিতীয় বৃহত্তর এবং ব্যাপক বিলুপ্তির ঘটনা ঘটায়। সময়ের সাথে সাথে পালিওজোয়িক মহাযুগে উষ্ণ আবহাওয়ার স্থানান্তর ঘটে।

মধ্য পালিওজোয়িক মহাযুগ অত্যন্ত স্থিতিশীল সময় ছিল। বরফ যুগের সময় সমুদ্রপৃষ্ঠের উচ্চতা কমে যায়, কিন্তু সিলুরিয়ান এবং ডেভোনিয়ান যুগে ধীরে ধীরে এই উচ্চতা পুনরুদ্ধার হয়। বাল্টিকা এবং লউরেনশিয়ার ধীরগতির সংযোগ এবং গন্ডোয়ানা হতে পৃথকীকৃত ক্ষুদ্র অঞ্চলগুলি উত্তরদিকে সরে আসার কারণে তুলনামূলক উষ্ণ অনেক অঞ্চল সৃষ্টি হয় যাদের অগভীর সামুদ্রিক তলদেশ ছিল। মহাদেশীয় সীমানায় অনেক গাছ জন্মানো শুরু হয় এবং এর ফলে অক্সিজেনের মাত্রা বাড়তে থাকে এবং কার্বন ডাইঅক্সাইডের মাত্রা কমতে থাকে যদিও এই হার খুব অল্প ছিল। কোন একটি ঘটনার কারণে এন্টার্কটিকা ও পশ্চিম গন্ডোয়ানার দূরবর্তী দক্ষিণ সীমানা কমবর্ধমান হারে অল্প অল্প অনুর্বর হতে থাকে। ডেভোনিয়ান যুগ শেষ হয় টার্নওভার পালসেস তত্ত্বের সিরিজের মাধ্যমে যা মধ্য পালিওজোয়িকের অধিকাংশ মেরুদণ্ডী প্রাণীকে ধ্বংস করে দেয় যদিও মোট প্রজাতির বৈচিত্র্যতায় কোন লক্ষণীয় হ্রাস দেখা যায় নি।

অন্ত্য পালিওজোয়িক মহাযুগ সম্পর্কে অনেক অনুত্তরিত প্রশ্ন রয়েছে। মিসিসিপিয়ান যুগ (আদিম কার্বনিফেরাস যুগ) শুরু হয় বায়ুমণ্ডলীয় অক্সিজেনের ঘনমাত্রা বৃদ্ধির মাধ্যমে কিন্তু এসময় কার্বন ডাইঅক্সাইডের ঘনমাত্রা নতুন করে কমে যায়। এই ঘটনা কার্বনিফেরাস যুগের জলবায়ুকে অস্থিতিশীল করে তুলে এবং একটি বা দুইটি বরফযুগের জন্ম দেয়। এগুলি অন্ত্য অর্ডোভিশিয়ান বরফযুগের তুলনায় অনেক বেশি মারাত্নক ছিল, কিন্তু এসময় বৈশ্বিক জীবজগতের উপর খুবই তুচ্ছ প্রভাব পড়েছিল। সিজুলারিয়ান উপযুগে অক্সিজেন এবং কার্বন ডাইঅক্সাইড উভয়েরই সাধারণ ঘনমাত্রা পুনরুদ্ধার হয়। অপরদিকে প্যানজিয়ার বিভিন্ন অঞ্চলের সংযোগ তাপমাত্রার চরমভাবাপন্ন সাপেক্ষে বিশাল অনুর্বর দ্বীপ অঞ্চল সৃষ্টি করে। এছাড়াও লপিঞ্জিয়াম উপযুগে সমুদ্রপৃষ্ঠের উচ্চতার হ্রাস, কার্বন ডাইঅক্সাইডের পরিমাণ বৃদ্ধি এবং জলবায়ুর অধঃপতন প্রভৃতির কারণে পার্মিয়ান বিলুপ্তির ঘটনা তার বিধ্বংসী প্রভাবের চূড়ান্ত সীমায় পৌঁছায়।

ক্যাম্ব্রিয়ান যুগ
জলবায়ু
পার্মিয়ান যুগ
অর্ডোভিশিয়ান যুগ