Durante el período geológico devónico, hace unos 375 millones de años, un grupo de vertebrados trepó fuera del agua hacia la tierra. Este evento, el cruce del límite entre el mar y el suelo sólido, significaba que los vertebrados habían inventado soluciones, por primitivas que fueran, a los cuatro problemas básicos de vivir en tierra. Para que un vertebrado acuático sobreviva en tierra, el animal:
Los efectos de la gravedad imponen demandas significativas sobre la estructura esquelética de un vertebrado terrestre. La columna vertebral debe ser capaz de soportar los órganos internos del animal y distribuir eficazmente el peso hacia abajo en las extremidades, lo que a su vez transmite el peso del animal al suelo. Las modificaciones esqueléticas necesarias para lograr esto incluyeron un aumento en la fuerza de cada vértebra (lo que le permite sostener peso adicional), la adición de costillas (que más peso distribuido y soporte estructural proporcionado), y el desarrollo de vértebras entrelazadas (permitiendo que la columna mantenga la postura necesaria y primavera). Otra modificación clave fue la separación de la cintura escapular y el cráneo (en los peces, estos huesos están conectados), lo que permitió a los vertebrados terrestres absorber el impacto sufrido durante el movimiento.
Se cree que los primeros vertebrados terrestres surgieron de una línea de peces que poseían pulmones. Si esto es cierto, significa que la capacidad de respirar aire se desarrolló al mismo tiempo que los vertebrados terrestres estaban haciendo sus primeras incursiones en el suelo seco. El mayor problema para estas criaturas era cómo deshacerse del exceso de dióxido de carbono producido durante la respiración. Este desafío, posiblemente en mayor medida que encontrar la forma de adquirir oxígeno, dio forma a los sistemas de respiración de los primeros vertebrados terrestres.
Tratando con perdida de agua (también conocido como desecación) también presentó desafíos a los primeros vertebrados terrestres. La pérdida de agua a través de la piel se puede minimizar de varias maneras: desarrollando una piel estanca, secretando una sustancia cerosa a prueba de agua a través de las glándulas en la piel, o al habitar terrestres húmedos hábitats Los primeros vertebrados terrestres hicieron uso de todas estas soluciones. Muchas de estas criaturas también pusieron sus huevos en agua para evitar que los huevos pierdan humedad.
El último gran desafío de adaptarse a la vida en la tierra fue el ajuste de los órganos sensoriales destinados a la vida bajo el agua. Las modificaciones en la anatomía del ojo y el oído fueron necesarias para compensar las diferencias en la transmisión de luz y sonido. Además, algunos sentidos simplemente se perdieron cuando los vertebrados se movieron a la tierra, como el sistema de línea lateral. En el agua, este sistema permite a los animales sentir las vibraciones, haciéndolos conscientes de las criaturas cercanas; en el aire, sin embargo, este sistema tiene poco valor.