Los primeros fósiles de peces conocidos se encontraron en los estratos del Cámbrico tardío hace unos 500 millones de años. Sin embargo, son sólo algunas escamas dispersas y no pueden darnos una imagen detallada del contorno del cuerpo del pez. No fue hasta finales del Silúrico y Devónico, hace entre 400 y 350 millones de años, que se descubrió una gran cantidad de fósiles de peces. Algunos de estos fósiles de peces son muy diferentes entre sí en términos de características estructurales, lo que indica que en esa época existían muchos tipos de peces. Es probable que antes de que existieran registros fósiles, ya hayan tomado caminos separados y recorrido una distancia considerable en sus respectivos caminos evolutivos.
Los primeros peces que aparecieron fueron los peces sin mandíbula. Como su nombre indica, no tienen mandíbula superior ni inferior, sólo una boca en forma de embudo situada en la parte frontal del cuerpo. Este tipo de boca no puede ingerir alimentos activamente y sólo puede depender del flujo de agua para llevar pequeños organismos a la boca. Además, no tienen aletas pélvicas, sino que tienen un exoesqueleto membranoso que envuelve el cuerpo. Por eso, a los peces sin mandíbula también se les llama peces acorazados. La existencia de este exoesqueleto ha provocado cierto debate entre relevantes estudiosos: ¿Qué va primero, los cartílagos o los huesos duros? Durante la embriogénesis de los vertebrados, el cartílago siempre aparece primero y luego se forma hueso duro a partir del cartílago. Generalmente se cree que la ontogenia refleja la filogenia. Según esto, en el proceso de evolución biológica, el cartílago debería haber sido primero y después los huesos duros. Sin embargo, en los primeros vertebrados, los huesos duros aparecieron primero. Algunas personas dicen que el cartílago fue primero, pero el cartílago no se puede conservar en forma de fósiles. Aún no se ha determinado cómo sucederá eso exactamente.
Los peces sin mandíbula incluyen dos categorías completamente diferentes: los cefalotórax y los escarabajos de aleta. Cada categoría tiene sus propias ramas, con diferentes tipos de representantes, y también florecieron durante un tiempo. Pero los buenos tiempos no duraron mucho y, a mediados del período Devónico (hace unos 350 millones de años), la mayoría de ellos se extinguieron. Sólo porque algunas de las características de las lampreas y los mixinos actuales son consistentes con las del cefalotórax, los estudiosos especulan que las primeras pueden ser los representantes vivos del segundo. Según esto, el cefalotórax no debería extinguirse finalmente. Sin embargo, no se ha encontrado ningún vínculo intermedio entre los cefalópodos, las lampreas y los mixinos, desde el Devónico hasta los tiempos modernos durante más de 300 millones de años (Figura 14). Exactamente cómo estos modernos peces sin mandíbulas que viven una vida parásita evolucionaron a partir de sus ancestros acorazados sigue siendo un misterio sin resolver. No hay representantes vivos de los escarabajos de aleta y se los considera una especie extinta. Sin embargo, debido a que algunas de las características de los heteroquídidos entre los escarabajos de aleta son similares a las de los peces con mandíbulas posteriores, algunas personas dicen que los heteroquídidos pueden ser los ancestros lejanos de los peces con mandíbulas. Si este es el caso se requieren más pruebas.
El primer pez con mandíbulas fue el placodermo, que no sólo tenía mandíbulas superior e inferior, sino también aletas. De esta forma, le es posible tomar la iniciativa de comer. Los peces placodermos generalmente se dividen en escarabajos segmentados y escarabajos de caparazón. Todos están cubiertos con una armadura y fueron más prósperos a finales del período Devónico. El primero puede estar representado por peces caudales y el segundo por peces con escamas de surco. Algunos creen que los placodermos pueden estar relacionados con los tiburones modernos, pero otros creen que pueden estar más estrechamente relacionados con los peces óseos.
A los elasmobranquios también se les llama peces cartilaginosos, entre ellos los tiburones y los holocéfalos. Los tiburones a menudo se consideran peces primitivos debido a sus esqueletos cartilaginosos. El cartílago es lo primero y los huesos duros lo último. Pero algunas personas piensan que el cartílago de los tiburones es secundario y "degenera" del hueso duro. El hueso duro viene primero y el cartílago después. ¿No tienen huesos duros los peces con armadura y los peces placodermos? Los primeros huesos duros son verdaderamente primitivos.
Los primeros peces cartilaginosos aparecieron a principios del período Devónico (hace 380 millones de años). El tiburón rip es a menudo considerado como uno de los representantes más primitivos y probablemente el ancestro más antiguo de todos los tiburones. Es un tiburón de casi 1 metro de largo, con la típica forma de cuerpo de tiburón: forma de huso, ojos grandes, cerca de la punta del hocico. Hay dos aletas dorsales y una espina dorsal gruesa delante de la primera aleta dorsal. Las aletas pectorales son particularmente grandes y las pélvicas pequeñas. Los lóbulos superior e inferior de la aleta caudal son simétricos en apariencia, pero la espina superior de la estructura interna se extiende hasta el final del lóbulo superior de la aleta caudal, por lo que sigue siendo una cola torcida. Incluso las aletas tienen una base ancha y una punta puntiaguda, que es un tipo primitivo de aleta. Los dientes tienen forma de "lápiz", con las cúspides del centro altas y las cúspides de los lados bajas (Figura 15). A partir del tronco central del tiburón rip, que es similar a un pez cartilaginoso, evolucionaron varios tiburones posteriores, incluidos los típicos tiburones y rayas con cuerpos planos. Estos tiburones han estado viviendo en el océano desde la Era Mesozoica hasta la actualidad. Nunca han sido especialmente prósperos, pero tampoco han sido eliminados.
Los peces óseos son los peces más progresistas y son los "amos" de las aguas del mundo en la actualidad. Generalmente se cree que los peces óseos evolucionaron a partir de los espinosos. Los espinosos son peces primitivos con mandíbulas que aparecieron en el período Silúrico (hace 400 millones de años) y continuaron hasta el período Pérmico (hace 250 millones de años).
Se trata de un pez pequeño que alguna vez se pensó que estaba relacionado con los placodermos y los peces cartilaginosos. En los últimos años, mediante el estudio de nuevos materiales, se ha determinado que está relacionado con los peces óseos.
Los peces óseos se dividen en dos grandes ramas, una se llama peces con aletas radiadas y la otra se llama peces con aletas lobuladas. El primero apareció por primera vez en el período Devónico medio, hace unos 380 millones de años, y evolucionó a través de escamados cartilaginosos (cartílago parcial, escamas trapezoidales, cola obviamente torcida) y holoosteo (cartílago parcial, escamas trapezoidales. Los peces modernos provienen de tres etapas evolutivas: cola) y peces teleósteos (peces óseos, escamas redondas, cola recta). Los peces con aletas lobuladas incluyen peces con aletas lobuladas y peces pulmonados, que se dividen a su vez en celacantos y peces con aletas en abanico. Latimer es el único representante vivo de los celacantos, mientras que los peces con aletas en abanico son todas especies fósiles. Este último alguna vez fue considerado el antepasado de los cuadrúpedos terrestres, pero los estudiosos chinos lo han negado en los últimos años. Los peces pulmonados comenzaron a aparecer en el período Devónico (hace 360 millones de años) y todavía están representados por el barramundi australiano, el barramundi africano y el barramundi sudamericano. Como sugiere el nombre, los peces pulmonados pueden respirar con los pulmones, lo cual es un requisito básico para los vertebrados terrestres. Junto con algunas otras características, alguna vez se pensó que los peces pulmonados eran el antepasado de los tetrápodos terrestres. Más tarde, este estatus "ancestral" fue reemplazado por el pez con aleta en abanico "con fosas nasales internas". En la década de 1980, con la negación de las fosas nasales internas de los peces con aletas en abanico, la teoría de la ascendencia de los peces con aletas en abanico quedó sacudida. Entonces los estudiosos pertinentes volvieron a los peces pulmonados para buscar los antepasados de los cuadrúpedos terrestres