Devoniyen yok oluşunun ardından, deniz ekosistemleri Karboniferde yeniden toparlandı, ancak, gidenlerin bir kısmı geri dönemedi. Devoniyenin mercanca bol geniş alanları kaplayan resifleri, bunların başında geliyordu. Karboniferde daha küçük boyutlu, fazla yaygın olmayan yama resifleri ortaya çıktı. Ana öğeleri denizlaleri ve blastoidler olan bu resiflere mercanların katılımı oldukça azdı. Mercanların katılımıyla yaygın resiflerin yeniden oluşumu ve mercanların yeniden yaygınlaşması yeni mercan grupların ortaya çıkacağı Triyasa kadar ertelenmişti.

Mercan fosili

Dönem resiflerin ana unsurları olan derisidikenli denizlaleri ve blastoidler Devoniyene göre daha baskın ve çeşitli hale gelir. Zaman zaman Erken Karbonifer, "denizlalerinin çağı" olarak da anılır. Günümüzde yaşayan üyesi bulunmayan blastoidler, bu dönemde aşırı derecede yaygındı.

Blastoid fosili                                                 Deniz Lalesi fosili

Kaybolmaya yüz tutan üç loblular, Devoniyen yok oluşunda bir darbe daha aldı; artık sadece Proteid grubuyla temsil ediliyordu.

Yosun hayvancıkları ve dallı bacaklılar Devoniyen yok oluşundan sonra en çabuk kendine gelen gruplardı. Yosun hayvancıkları Erken Karbonifer boyunca oldukça yaygındı. Devoniyende çeşitlenmeye başlayan sperifid dallı bacaklılar yok oluşun ardından hızla toparlanarak, ekolojik önemlerini yeniden kazandı ve daha da yaygın hale geldi.

Yosun Hayvancıkları

Nautiloid kafadan bacaklıların kabukları sıkıca kıvrılmış biçimleri yaygınlık kazanırken, düz ve gevşek kıvrımlı biçimler oldukça azaldı. Ammonit gruplarının hemen hepsi ortaya çıkar.

Kambriyenden bu yana varlıklarını sürdüren bir hücrelilerden Foraminiferler Karboniferde kalkerli ve porselenli yeni kabuklar geliştirdi. Fusulinidler adını alan bu yeni grup bir hücreliler için dev sayılabilecek birkaç santimetre boyutlarına ulaştı. Fusulinidler, Permiyen sonundaki yok oluşlarına kadar oldukça önemli bir grup oldu.

Fusulinid fosili

Karboniferin sonuna doğru levhaların yükselmesi, sığ deniz yaşamı için yeni ortamlar oluştursa da, artan erozyonla birlikte deltalar çoğaldı. Deltalar, mercanlar, denizlaleleri, blastoidler ve yosun hayvancıkları için çok uygun ortamlar değildi. Kıtaların tek bir kıta oluşturarak bir araya gelmesi de toplam kıyı şeridinin ve yaşama ortamlarının azalmasına yol açtı. Karbonifer boyunca Gondvana buzullarının büyüyüp küçülmesine bağlı olarak deniz seviyesinde sürekli bir salınım görülür. Deniz seviyesi yükseldikçe sığ deniz yaşamı yaygınlaşır, düştükçe de çekilen denizlerin yerini bataklık ormanları alır. Bu nedenle, Karbonifer kayaç oluşumları, kömür oluşumları ve deniz tabakalarının ard arda geldiği çizgili bir biçimdedir.

Karbonifer Balıkları

İlkel balık grupları Devoniyen yok oluşundan kurtulamaz: Plakodermler, Ostrakodermler ortadan kalkar. Et yüzgeçlilerin denizlerdeki tek temsilcisi olarak Coelacanth kaldıysa da, tatlı sularda Rhizodontlar 7 metreyi bulan boyutlarıyla en korkunç yırtıcılardandı. Denizlerde görece ilkel grupların yerini inanılmaz çeşitlilikteki köpek balıkları ve Palaeniscoidler aldı. Denizlerde baskın hale gelen ilk kemikli balıklar olan Palaeniscoidler, ışınlı yüzgeçliler grubuna dahildi. Çağdaş görünümlü balıklara benzeseler de oldukça farklı özellikleri de vardı. Karboniferden Triyasa kadar yaygın olarak bulundular, Permiyen yok oluşundan büyük bir darbe alan grup, Mezozoiğin sonunda yok oldu.

Palaeniscoid fosili 

   Coelecanth fosili