ペルム紀の初期には、ゴンドワナ大陸が南極地域にあり、大規模な氷床が発達していたため、気候は寒冷だった。しかしゴンドワナ大陸が北上して南極地域を脱したことから、氷床は融解しはじめ、気温は上昇に転じた。ペルム紀の末期には激しい気温上昇が起こり、地球の平均気温は23℃にも達した。これは、6億年前から現在まででもっとも高い気温である。こうした気候の中で、パンゲアの内陸部には砂漠化が進行していた[4]。
ペルム紀末の大量絶滅詳細は「大量絶滅#ペルム紀末」を参照
ペルム紀の終わり(P-T境界)に、地球史上最大規模とも言われる大量絶滅が起こった。このとき絶滅した種の割合は、海洋生物のうちの96%。全ての生物種の90%から95%に達すると言われる。原因はまだよくわかっていないが、スーパープルームにより地球史上もっとも激しい火山活動が起き(この火山活動が現在のシベリア・トラップを形成したとされる。噴出した溶岩の量は、富士山が過去一万年間で噴出した溶岩の量の10万倍である)、それによる気候変動がメタンハイドレートを融解させて更なる気候変動が起こるなどの大規模な環境変化が発生し、大量絶滅に繋がったとする説がある。
また、ペルム紀は前期と中期の終わりにも、何らかの原因で環境激変が起き、それぞれ中小規模の大量絶滅が起きていたようである。前期末はオルソン絶滅事変(en:Olson's Extinction
)、中期末はキャピタニアン絶滅事変(en:Capitanian mass extinction event)と呼称される。ペルム紀にこれらの大量絶滅が相次いだことで羊膜類(爬虫類と単弓類)及び両生類といった四肢動物も又、その多くが絶滅していった。一方で、大量絶滅と生き残ったものによる適応放散が比較的短期間に繰り返されたことで、より派生的な形質への進化が多くの生物において促されることになった。哺乳類及び主竜類(ワニ、鳥類を含む恐竜)の直系の祖先も、この時代に出現している。古原生代
シデリアン
リィアキアン
オロシリアン
スタテリアン
中原生代
カリミアン
エクタシアン
ステニアン
新原生代
トニアン
クライオジェニアン
エディアカラン
古生代
テレヌーブ
フォーチュニアン
第二期
第二世
第三期
第四期
第三世
ウリューアン
ドラミアン
ガズハンジアン
フロンギアン
ペイビアン
ジャンシャニアン
カンブリア紀第十期
オルドビス紀
前期
トレマドキアン
フロイアン
中期
ダーピンジアン
ダーリウィリアン
後期
サンドビアン
カティアン
ヒルナンシアン
シルル紀
ランドベリ
ラッダニアン
アエロニアン
テリチアン
ウェンロック
シェイウッディアン
ホメリアン
ラドロー
ゴースティアン
ルドフォーディアン
プリドリ
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デボン紀