Походження земноводних завжди викликало неабиякий інтерес. У цьому випадку ми маємо справу не лише із виникненням ще одного нового класу тварин, але й з появою тварин в новому, наземному середовищі. Вихід хребетних із водного середовища існування на сушу, сприяв їх зіткненню з новими більш багатоманітними умовами існування, обумовив нові, складні шляхи їх еволюційного розвитку.

Перехід хребетних з водного до наземного способу життя повинен був супроводжуватися появою двох суттєвих адаптивних змін: дихання киснем атмосфери і пересування по твердому субстрату.

Отже, дихання за допомогою зябер мало замінитися на легеневе, а кінцівки типу плавця повинні були модифікуватись у п’ятипалі кінцівки. Цілком очевидно, що паралельно повинні були змінюватись і інші системи органів: кровообігу, органи чуття, нервова система.

Натяки на появу вказаних адаптацій зустрічаються у різноманітних груп риб. Відомі випадки, коли риби на більший чи менший проміжок часу виходять із води і кров у них частково окислюється за рахунок кисню атмосфери. Такими є, наприклад, повзун (Anabas), який виходячи із води, навіть виповзає на дерева неподалік берега. Покидають водне середовище на деякий час бички (Gobiidae), пригуни (Periophthalmus). Останні здобувають їжу частіше на суші, ніж у воді. Добре відома здатність знаходитись за межами води двоякодишних риб.

Загалом, предків земноводних слід шукати серед інших, менш спеціалізованих груп прісноводних риб.

Як вказує академік І. І. Шмальгаузен (1964), у кінці девону в прісноводних водоймах з’явились перші амфібії – іхтіостегіди. Вони були справжніми перехідними формами між кистеперими рибами і земноводними, мали рудименти зябрової покришки, але хвіст у них був аналогом хвоста риб. Шкіра була вкрита дрібною лускою. Іхтіостегіди мали парні кінцівки, схожі на кінцівки сучасних амфібій. Вони населяли не лише на сушу, а й водне середовище (розмножувались і харчувалися у воді, систематично виходячи на сушу).

В подальшому, у кам’яновугільному періоді, виникає ряд гілок, яким надають систематичне значення надрядів і рядів. Надряд лабіринтодонтів був найбільш різноманітним. Ранні форми мали порівняно невеликі розміри тіла і рибоподібну зовнішність. Більш пізні форми досягали вельми крупних розмірів (довжина черепа понад 1 м). Їх тіло було сплющене і закінчувалось коротким товстим хвостом. Лабіринтодонти існували до кінця тріаса.

Надряд стрибаючі включає і всіх сучасних безхвостих. Викопний предок безхвостих виділяють у окремий ряд (Pronura). Він відомий з пермі, але безхвості більш чи менш сучасного типу з’явились, очевидно, лише у період крейди.

В карбоні виникла і друга основна гілка сучасних амфібій – лепоспонділи. Вони мали дрібні розміри і були добре пристосованими до життя у воді. Деякі із них вторинно втратили кінцівки. Початкові їх форми проіснували до середини пермського періоду. Вважають, що вони дали початок рядам сучасних амфібій – хвостатих і безхвостих.

Усі ці ранні вимерлі форми амфібій, яких іноді називають стегоцефалами (панцирноголовими), мали характерний суцільний панцир із кісток шкірного походження, які вкривали черепну коробку зверху і з боків, так, що залишались отвори для ніздрів, очей і тім’яного органу. Крім того, їх черево було вкрите панциром із щільно прилягаючих одна до одної лусок. Предками стегоцефалів, без сумніву, були кісткові риби. Найбільш близькими до стегоцефалів є кистепері риби. Вони мали легеневе дихання, кінцівки їх мали скелет, подібний до скелету стегоцефалів. Проксимальний відділ складався з однієї кістки, що відповідала плечовій або стегновій кістці. Наступний сегмент складався із двох кісток, що відповідні передпліччю чи гомілці. Далі іде відділ, що складається з декількох рядів кісток і відповідає кисті і стопі. Багато спільного є у будові черепа кистеперих та стегоцефалів. При цьому все ж варто враховувати, що відомі для науки кистепері риби не могли бути предками наземних хребетних, так як жили вони у більш пізній час, або ж були надто вузько спеціалізованими.

Вихід хребетних на сушу став результатом довготривалих адаптацій кистеперих риб до життя у водоймах з низькими показниками насичення киснем. Девонський період, очевидно, характеризувався посухами, в час яких життя в багатьох прісних водоймах було для риб проблематичним. Кисневий режим водойм значно змінився у сторону значного зниження концентрації кисню. Крім того водойми ставали мілкими і у багатьох випадках перетворювались на болота. Рослини з берега падали у воду, і в таких умовах могли виникнути нові адаптивні зміни риб, пов’язані із опорно-руховою системою, диханням. Лише збіднення води на кисень не могло стати основним поштовхом для виходу риб на сушу. В цих умовах кистепері риби могли підійматися на поверхню і заковтувати повітря. Але, при значному просиханні водойм, життя для риб ставало неможливим. Нездатні до пересування по суші, вони гинули. Тільки ті з водних хребетних, які одночасно із здатністю легеневого дихання вже володіли п’ятипалими кінцівками, могли переживати такі несприятливі умови життя. Вони виходили на сушу і переходили у сусідні водойми, де ще зберігалася вода. Пересування по суші для тварин вкритих товстим шаром кісткових лусок, було доволі проблематичним. Товстий панцир на тілі не давав змоги використовувати шкірне дихання. За таких обставин, панцир почав поступово редукуватись. У стегоцефалів (не у всіх) він зберігся (не враховуючи панцир черепа) на череві. Рухаючись по суші цей панцир надійно захищав тіло від механічних пошкоджень.

Стегоцефали дожили до початку мезозоя. Сучасні ряди амфібій з’являються тільки у кінці мезозоя (кінець юри – початок крейди). Таким чином, безпосереднього зв’язку між ними встановити не вдається. В загальних рисах можна вказати, що вихідною групою для хвостатих і безхвостих був ряд Phillospondili. Ближче до них стоять брахіозаври. Розподіл хвостатих і безхвостих датують кінцем палеозою.