二叠纪腕足类继续繁盛，其中长身贝类占优势。

软体动物亦为重要组成部分，其中菊石类具有明显生态分异，在相对局限的华南与外高加索等陆棚地区有大的演化辐射，出现不少地方性类型。类、四射珊瑚在早期繁盛，至晚期逐渐衰减而至绝灭。牙形刺与末期相似，是发展缓慢的阶段。苔藓虫类处于衰退期。介形类的速足目渐趋繁盛。三叶虫趋于灭绝。昆虫开始迅速发展，种类增多, 所以这个时代也被称为昆虫时代。

二叠纪最巨型的海洋生物为旋齿鲨，旋齿鲨类共有两大类，Edestus类於晚石炭纪出现,最大可达6米。Helicoprion(太陸鯊)类於二叠纪称霸海洋，以鱼类、菊石及珊瑚为食，最大的Helicoprion类牙长19至37cm，估计旋齿鲨最长可达10至20米，属于当时的海上霸王，可与2.2亿年前的鱼龙媲美。