軟體動物門的頭足綱動物在泥盆紀時代十分繁盛。其中一隻新品種「菊石亞綱」取代了早古生代的鸚鵡螺，成為海洋界中最鼎盛的頭足綱類別。頭足綱動物其中一個特色是其外殼具有一些由隔膜跟殼壁接觸而形成的縫合線。早古生代鸚鵡螺的縫合線只呈簡單曲線，但屬菊石亞綱的動物就發展出非常複雜的縫合線。按照縫合線的形態，可以將菊石分為多種模式，其中一種被稱為「棱菊石」。擁有此模式的菊石活躍於泥盆紀至二疊紀時期。

四射珊瑚綱和橫板珊瑚綱都是晚古生代主要的礁石建造者。

屬四射珊瑚綱的珊瑚通常是個體生活，並具有放射形的隔膜。長相像一頭號角的單體四射珊瑚常被俗稱為「角珊瑚」。它們的大小不一，有些有長達一米。 小數四射珊瑚亦會群體建立珊瑚礁。

由於橫板珊瑚的橫板特別發達，因此得到這個稱號。大部分橫板珊瑚都是群體生活，一些更建造非常堅固的珊瑚礁。橫板珊瑚和四射珊瑚都是二疊紀晚期所發生的生物集群滅絕事件中的受害者，它們從此絕滅。