泥盆纪是节肢动物发展非常活跃和物种多元化的一个时期，同样也发生在植物、鱼类和两栖动物的进化上。在人类尚未能以生物化学和DNA的技术，来检验节肢动物的物种分类之前，我们仅能凭借其肢体结构和身体外观的相似度，来判断六足动物（hexapods）的进化是源自多足动物（myriapods），不过在21世纪初期，物种之间的生化关系，已经能够透过更先进的方式，来做更详细的分析，因此得知，六足动物应该比较有可能是从甲壳类动物（crustaceans）分支出来的，甚至是由甲壳类动物中，物种数量最多的软甲纲（Malacostraca）中所分离而来的。虽然在多足动物和六足动物之间，身体的结构和外观有着相似性，也让人们认为它们比起六足动物和甲壳类动物之间，更有亲缘关系，而事实上是不同的物种，这或许就是趋同演化（convergent evolution）的例子。虽然六足动物可能早在志留纪时期，就已经从甲壳类动物（或可能由多足动物）中分离出来，但到目前为止，我们仅能在泥盆纪年代的岩石中，找到六足动物的化石。

现今的弹尾虫（弹尾亚纲，水跳虫科），类似于泥盆纪时期的六足动物和昆虫。图片是来自爱丁堡皇家地质学会于1903-1904年度的会期发表，作者是卡本特（Carpenter） 和艾文（Evans），于1904年，针对在英国的动物群中，发现新物种弹跳虫的描述。

来自苏格兰的莱尼埃燧石层（Rhynie chert）的弹尾虫，是迄今发现最早，可供识别的六足动物化石，可追溯到大约4亿年前。严格说来，弹尾虫并不是昆虫； 他们是六足动物进化枝中昆虫的表亲。有一块魁北克加斯佩半岛石蛃（石蛃目）化石，来自于3.9亿年前的泥盆纪岩石中，是第一个可以清楚地被鉴定为属于昆虫纲（Insecta）的化石。在纽约的吉尔伯（Gilboa），还发现了一些来自3.78亿年前的昆虫遗骸，但是早期的蜻蜓化石《原蜻蜓目（Protodonata）- 蜻蜓目（Odonata）是真正蜻蜓的前身，是直到三叠纪时才出现》或其他昆虫（近翅目，不是蜻蜓或石蛃），主要是出现在泥盆纪之后的石炭纪（Carboniferous）和二叠纪时代（Permian Eras）。

来自泥盆纪时期的六足动物和昆虫化石，大多数是残缺不全的，在识别上造成一个问题，泥盆纪时期的原始昆虫，可能全部属于缨尾目（Thysanura），其中包括石蛃目（石蛃）和衣鱼目（银鱼），它们看起来是非常像蜈蚣的昆虫，因此从这些残缺不全的碎片，并无法清楚地判定，是属于原始昆虫或原始蜈蚣。除了弹尾虫出现在泥盆纪的化石记录之外，像是原尾虫和双尾虫（diplurans），这些非昆虫类的六足动物，也有可能出现在泥盆纪时期的陆地上，但是没有这类六足动物较完整的化石可以证明，它们曾经出现在泥盆纪时期，只有出现在泥盆纪之后，较后来的地质记录中。

出现在泥盆纪时期的六足动物，如化石记录中的弹尾虫，其实并不是昆虫，最接近并最早出现的真实原始昆虫，应该是石蛃和银鱼，时间是在4-3.9亿年前。昆虫可能是从陆地上的甲壳动物进化而来，大约在同一时间（泥盆纪早期-中期）进化的，也有陆地蝎子和蜘蛛。泥盆纪的早期陆地节肢动物，出现时间的化石记录，似乎跟植物在陆地上开始呈辐射状（多样化）成长的时间雷同。但是泥盆纪只是昆虫开始发展的最早阶段，我们现今看到不同种类的昆虫，依化石记录看来，其实是在后来的石炭纪时期，才变得更为普遍和多样化。