由于发生猛烈的造山运动，志留纪时地球表面出现了较大的变化。海洋面积缩小了，陆地生成并逐渐扩大。有了陆地就有了植物，低等植物作为植物界的先驱者登上了历史舞台。海洋中，各种无脊椎动物并不理会领地的萎缩而继续繁盛，毕竟海洋的面积是太大了，更何况随之而来的又将是一次新的海侵。
在志留纪的海洋中，珊瑚出现了较多种类，它们为晚古生代（主要是泥盆纪和石炭纪）珊瑚的空前繁荣奠定了基础。志留纪的主要珊瑚类型是床板珊瑚和四射珊瑚，尽管当时的珊瑚中许多是单体而不是群体，但由于数量丰富，海洋中已经形成了珊瑚礁。层孔虫是另一类海洋生物，它们可以分泌钙质的骨骼，也具有造礁能力。腕足类是一种固着生物，具有两瓣硬壳，死后容易保存成为化石，形成壳相地层。 此外，志留纪时的重要生物还有苔藓虫、三叶虫、鹦鹉螺类和笔石类。其中，笔石是一种非常重要的生物。
笔石属于半索动物，半索动物又称口索动物或隐索动物，一般身体呈蠕虫状，左右对称，全部生活在海洋中。半索动物曾经被列为脊索动物门的一个亚门，理由是它的口索相当于脊索动物的脊索，很可能是脊索动物中最原始的一类。但也有科学家认为口索可能是一种内分泌器官，而不是与脊索相当的构造。从目前已有的研究资料看，半索动物是非脊索动物和脊索动物之间的一种过渡类型，志留纪笔石的涌现和繁盛，预示着高等生物的先驱已经出现了。
笔石已经全部绝灭，我们今天只能通过化石来认识它们，这些古老的化石通常保存在岩石层面上，很象用笔书写的痕迹， 故称之为笔石。
志留纪的笔石种类很多，但都有一些共同的特征。笔石动物分泌的群体骨骼称为笔石体，笔石体大小不一，通常大型笔石体长50-70厘米或更长，小型的仅有几毫米长。笔石体的一端是一个长锥型的胎管，从这里芽生出一系列笔石虫体居住的胞管，胞管的数目在不同种类中相差悬殊，有的仅具有5-6个胞管，而有的则具有上万个胞管。许多胞管接连生长就形成了笔石枝，由一个或多个笔石枝就形成了笔石体，笔石体在海水中漂浮，可以到达很远的地方。
古生物学家根据胞管的特征，把笔石划分为许多目，如树形笔石目、管笔石目、腔笔石目、正笔石目等等。在众多的笔石目中，以树形笔石目和正笔石目的延续时间最长，数量多、分布广，具有重要的地质意义，常见的化石也多属于这两个目。
我国的笔石非常丰富，分布极广，一些世界性的标准属种几乎都在我国出现，还有一些中国特有的种类，化石保存完好，层位齐全，其中许多是演化上的关键属种，而且在我国出现较早，为研究笔石的系统分类、生态学及其演化等提供了难以替代的材料。
研究志留纪的丰富笔石化石可以得到许多重要启示，例如一些笔石常与三叶虫、腕足类等底栖生物伴生在一起，说明当时的生态环境是属于一种氧气充足、水体较浅的地区；但也有的笔石只保存在黑色的页岩中，这种暗色页岩内通常很少发现伴生有其它生物化石，表明产有这些笔石化石的区域属于缺氧的还原环境，由于笔石善于漂浮，能够随波逐流有幸来到这种环境，它们死后沉落在海底，才能最终得以保存成为化石。