Durante il periodo geologico devoniano, circa 375 milioni di anni fa, un gruppo di vertebrati si arrampicò fuori dall'acqua e sulla terra. Questo evento - l'attraversamento del confine tra mare e terra solida - fece sì che i vertebrati avessero finalmente escogitato soluzioni, per quanto primitive, ai quattro problemi di base della vita sulla terra. Affinché un vertebrato acquatico sopravviva a terra, l'animale:
Gli effetti della gravità pongono requisiti significativi sulla struttura scheletrica di un vertebrato terrestre. La spina dorsale deve essere in grado di supportare gli organi interni dell'animale e distribuire efficacemente il peso verso il basso negli arti, che a loro volta trasmettono il peso dell'animale a terra. Le modifiche scheletriche necessarie per raggiungere questo obiettivo includevano un aumento della forza di ciascuna vertebra (permettendole di mantenere un peso maggiore), l'aggiunta di costole (che ulteriore peso distribuito e supporto strutturale fornito) e lo sviluppo di vertebre ad incastro (che consentono alla colonna vertebrale di mantenere la postura necessaria e primavera). Un'altra modifica chiave è stata la separazione della cintura pettorale e del cranio (nei pesci, queste ossa sono collegate), che ha permesso ai vertebrati terrestri di assorbire lo shock causato durante il movimento.
Si ritiene che i primi vertebrati terrestri siano nati da una linea di pesci che possedevano polmoni. Se questo è vero, significa che la capacità di respirare l'aria si è sviluppata mentre i vertebrati terrestri stavano effettuando le loro prime incursioni sul terreno asciutto. Il problema maggiore per queste creature da affrontare era come eliminare l'eccesso di anidride carbonica prodotta durante la respirazione. Questa sfida - probabilmente in misura ancora maggiore rispetto alla ricerca di come acquisire ossigeno - ha modellato i sistemi respiratori dei primi vertebrati terrestri.
Trattare con perdita d'acqua (noto anche come essiccazione) presentava sfide ai primi vertebrati terrestri. La perdita di acqua attraverso la pelle può essere minimizzata in vari modi: sviluppando una pelle a tenuta stagna, di secernendo una sostanza impermeabile cerosa attraverso le ghiandole della pelle o abitando l'umidità terrestre habitat. I primi vertebrati terrestri si sono avvalsi di tutte queste soluzioni. Molte di queste creature hanno anche deposto le uova in acqua per impedire alle uova di perdere umidità.
L'ultima grande sfida dell'adattamento alla vita terrestre è stata la regolazione degli organi sensoriali che erano pensati per la vita sottomarina. Sono state necessarie modifiche nell'anatomia dell'occhio e dell'orecchio per compensare le differenze nella trasmissione della luce e del suono. Inoltre, alcuni sensi andavano semplicemente persi quando i vertebrati si spostavano sulla terra, come il sistema di linee laterali. In acqua, questo sistema consente agli animali di percepire le vibrazioni, rendendole consapevoli delle creature vicine; nell'aria, tuttavia, questo sistema ha poco valore.