泥盆紀早期的地球氣候乾旱而溫暖。風化侵蝕使一些位於酷熱氣候地區的陸地產生大量含豐富氧化鐵（赤鐵礦）的紅色沉積物。植物在大地上持續穩定地生長，密密麻麻的熱帶森林覆蓋著赤道附近的地區，經光合作用產生大量氧氣。大約3.5億年前，全球氧氣含量上升至百分之二十，等同現今的氧氣含量；隨後的五千萬年間，氧氣含量更增加到28%至35%的水平。

植物枯死後留下大量殘骸，並轉化成煤。在轉化過程中需要吸取大量二氧化碳，令大氣圈的二氧化碳含量大幅度下降；加上超級大陸岡瓦納飄移到南極，這兩件事令到大量冰川在南半球形成，導致地球在石炭紀時代出現冰河時期。