Während der devonischen geologischen Periode vor etwa 375 Millionen Jahren wurde eine Gruppe von Wirbeltiere kletterte aus dem Wasser auf das Land. Dieses Ereignis - das Überschreiten der Grenze zwischen Meer und festem Boden - bedeutete, dass Wirbeltiere endlich, wenn auch primitiv, Lösungen für die vier Grundprobleme des Lebens an Land gefunden hatten. Damit ein Wassertier an Land überleben kann, muss das Tier:
Die Auswirkungen der Schwerkraft stellen erhebliche Anforderungen an die Skelettstruktur eines Landwirbeltiers. Das Rückgrat muss in der Lage sein, die inneren Organe des Tieres zu stützen und das Gewicht effektiv nach unten auf die Gliedmaßen zu verteilen, die wiederum das Gewicht des Tieres auf den Boden übertragen. Die Skelettmodifikationen, die erforderlich waren, um dies zu erreichen, umfassten eine Erhöhung der Stärke jedes Wirbels (wodurch er zusätzliches Gewicht halten konnte), das Hinzufügen von Rippen (die weiter verteiltes Gewicht und strukturelle Unterstützung) und die Entwicklung von ineinandergreifenden Wirbeln (die es der Wirbelsäule ermöglichen, die notwendige Haltung beizubehalten und Frühling). Eine weitere wichtige Modifikation war die Trennung von Brustgürtel und Schädel (bei Fischen sind diese Knochen miteinander verbunden), wodurch Landwirbeltiere den während der Bewegung auftretenden Schock absorbieren konnten.
Es wird angenommen, dass frühe Landwirbeltiere aus einer Reihe von Fischen hervorgegangen sind, die Lungen besaßen. Wenn dies zutrifft, bedeutet dies, dass sich die Fähigkeit zum Atmen von Luft zur gleichen Zeit entwickelte, als Landwirbeltiere ihre ersten Streifzüge auf trockenen Boden unternahmen. Das größere Problem für diese Kreaturen bestand darin, überschüssiges Kohlendioxid zu entsorgen, das während der Atmung entsteht. Diese Herausforderung - möglicherweise in noch größerem Maße als die Suche nach Sauerstoff - prägte die Atmungssysteme früher Landwirbeltiere.
Umgehen mit Wasserverlust (auch als Austrocknung bezeichnet) stellte frühe Landwirbeltiere ebenfalls vor Herausforderungen. Der Wasserverlust durch die Haut kann auf verschiedene Weise minimiert werden: durch Entwicklung einer wasserdichten Haut durch Sekretion einer wachsartigen wasserdichten Substanz durch Drüsen in der Haut oder durch Besiedlung feuchter Landbewohner Lebensräume. Frühe Landwirbeltiere nutzten all diese Lösungen. Viele dieser Kreaturen legten ihre Eier auch in Wasser, um zu verhindern, dass die Eier Feuchtigkeit verlieren.
Die letzte große Herausforderung bei der Anpassung an das Leben an Land war die Anpassung der Sinnesorgane, die für das Leben unter Wasser bestimmt waren. Änderungen in der Anatomie des Auges und des Ohrs waren notwendig, um die Unterschiede in der Licht- und Schallübertragung auszugleichen. Außerdem gingen einige Sinne einfach verloren, wenn Wirbeltiere an Land gingen, wie beispielsweise das Seitenliniensystem. Im Wasser ermöglicht dieses System den Tieren, Schwingungen zu spüren und sie auf nahegelegene Kreaturen aufmerksam zu machen. In der Luft hat dieses System jedoch wenig Wert.