Земноводные, как группа животных, появились в верхнем девоне более 200 млн лет назад. Они являются примером перехода позвоночных (рыб) от водного к наземному образу жизни (рептилиям). Этому сопутствовало появление у них двух решающих приспособлений: легких, для дыхания кислородом атмосферы и лап для передвижения по твёрдому субстрату. Параллельно изменялись и другие системы органов: покровы, кровообращение, органы чувств, нервная система.
До появления рептилий амфибии были единственными позвоночными на суше. За последующий период возникло множество форм земноводных — от вымерших гигантов длиной в несколько метров до современных форм, гораздо более мелких по размерам. 

Зачатки указанных приспособлений можно встретить среди разнообразных групп рыб. Известны случаи, когда рыбы на то или иное время выходят из воды и кровь у них частично окисляется за счет кислорода атмосферы. Таков, например, ползун (Anabas), который, выходя из воды, даже взбирается на деревья. Выползают на сушу некоторые бычки (семейство Gobiidae) и прыгуны (Periophthalmus). Последние свою добычу ловят чаще на суше, чем в воде. Хорошо известна способность находиться вне воды некоторых двоякодышащих. Однако все эти приспособления носят частный характер и предки земноводных относились к менее специализированным группам пресноводных рыб.

Приспособления к наземности независимо и параллельно развивались в нескольких линиях эволюции кистепёрых рыб. Большинство исследователей считают более вероятным происхождение наземных позвоночных (тетрапод) от одной группы кистепёрых рыб, хотя при этом допускается возможность парафилии, то есть достижения уровня организации земноводных несколькими близкородственными линиями рыб, эволюционировавшими параллельно. Параллельные линии скорее всего вымерли.
Кистеперые рыбы обладали легкими и были снабжены мощной мускулатурой - парными конечностями саркоптеригиями, которые, вероятно, позволяли этим рыбам не только передвигаться по дну водоемов среди густых зарослей, но и выбираться на мелководье, проползать по мелким протокам из одного водоема в другой. Внутренний скелет этих конечностей был образован одной крупной костью, сочлененной с поясом конечностей (плечевым или тазовым), далее следовал второй отдел из двух параллельных костей, и дистально располагались многочисленные мелкие косточки. В рисунке выше легко просматривается прототип скелета конечностей наземных позвоночных.

Одной из наиболее «продвинутых» кистепёрых рыб являлся тиктаалик (Tiktaalik), имевший ряд переходных признаков, сближающих его с земноводными. К таким признакам относятся укороченный череп, отделенная от пояса передних конечностей и относительно подвижная голова, наличие локтевого и плечевого суставов. Плавник тиктаалика мог занимать несколько фиксированных положений, одно из которых предназначалось для того, чтобы животное могло находиться в приподнятом положении над грунтом (вероятно, чтобы «ходить» на мелководье). Тиктаалик дышал через отверстия, расположенные на конце плоской «крокодильей» морды. Воду, а возможно и атмосферный воздух, в лёгкие нагнетали уже не жаберные крышки, а щёчные помпы. Некоторые из указанных приспособлений характерны также для кистеперой рыбы пандерихтис (Panderichthys).
Вероятно, некоторые виды кистеперых рыб перешли к освоению новой кормовой базы - обильной фауны беспозвоночных, обитавших на мелководье, среди прибрежных растений и по берегам водоемов. Это направление приспособительной эволюции вело дальше к освоению суши, с ее бурно развивавшейся флорой и фауной, в составе которой еще не было крупных хищников. Эту экологическую нишу и заняли наземные позвоночные.