石炭紀是古生代的第5個紀，開始于距今3.5億年，開始于距今約3.55億年至2.95億年，延續了約6500萬年。它分為兩個時期:始石炭紀(又叫密西西比紀，3億2000--3億5000萬年前)、和后石炭紀(又叫賓夕法尼亞紀，2億8600--3億2000萬年前)。
石炭紀是植物世界大繁盛的代表時期。由于這一時期形成的地層中含有豐富的煤炭，因而得名“石炭紀”。據統計，屬于這一時期的煤炭儲量約占全世界總儲量的50%以上。
實際生活中，煤不僅是重要能源，也是冶金、化學工業的重要原料。主要用于燃燒、煉焦、氣化、低溫干餾、加氫液化等。應用于電力、鋼鐵、水泥、化工四大行業。
石炭紀是地殼發展史上重要的造山時期，地殼上分布最廣的晚古生代海西山系的雛型，基本上在石炭紀形成。早石炭世末期的蘇臺德運動是晚古生代最主要一次構造變動，使北美的阿帕拉欽地槽、西歐的萊茵海西地槽、歐亞交界的烏拉爾地槽等的主體部分皺起形成山系;西伯利亞地臺以南的遼闊地槽區，大致可以中天山--NMG自治區南部一線為界，其北部石炭紀陸相為主，蘇臺德運動也明顯存在。石炭紀的古氣候問題中最令人注意的是：崗瓦納大陸自石炭紀末至二疊紀初的大規模的冰川活動現象、持續時間長達5000萬年，屬極地大陸冰蓋類型。
石炭紀時期氣候分異現象十分明顯，北方古大陸為溫暖潮濕的聚煤區，岡瓦納大陸卻為寒冷的大陸冰川沉積環境。氣候分帶導致了動、植物地理分區的形成。陸生植物從濱海地帶向大陸內部延伸，并得到空前發展，形成大規模的森林和沼澤，給煤炭的形成提供了有利條件，所以，石炭紀成為地史時期最重要的成煤期之一。按照地理環境不同，科學家們根據石炭紀的植物分布特點劃分出各具特色的植物地理區，每一植物地理區都有自己的特色植物群和一定的生態特征。
在石炭紀晚期，脊椎動物演化史出現一次飛躍，從此擺脫了對水的依賴，以適應更加廣闊的生態領域，以北美賓夕法尼亞早期地層中的林蜥為代表。
石炭紀陸生生物飛躍發展，海生無脊椎動物也有了顯著的變化。早石炭世晚期的浮游和游泳的動物中，出現了新興的筳類，成為海生無脊椎動物中最重要的類群。石炭紀有個別名叫“巨蟲時代”，因為當時大氣含氧量很高，蟲子長得特別大。其中有些蜻蜓個體巨大，兩翅張開大者可達70cm。生活在陸上的昆蟲，如蟑螂類和蜻蜓類，是石炭紀突然崛起的一類陸生動物，他們的出現與當時茂盛的森林密切相關。
腕足動物盡管在類群上減少，但數量多，淺海底棲動物中仍以珊瑚、腕足類為主。頭足類則以菊石迅速發展為主。三葉蟲到石炭紀已經大部分絕滅，只剩下幾個屬種。
最早發現于泥盆紀的昆蟲類，在石炭紀得到進一步的繁盛，已知石炭、二疊紀的昆蟲就達1300種以上。陸生脊椎動物進一步繁盛，兩棲動物占到了統治地位。早石炭世一開始，兩棲動物蓬勃發展，主要出現了堅頭類(也稱迷齒類)，同時繁盛的還有殼椎類。
在石炭紀的森林中，既有高大的喬木，也有茂密的灌木。喬木中的木賊根深葉茂，木賊的莖可以長到20--40厘米粗，它們喜愛潮濕，廣泛分布在河流沿岸和湖泊沼澤地帶。石松是另一類喬木，它們挺拔雄偉，成片分布，最高的石松可達40米。石炭紀時，早期的裸子植物(如蘇鐵、松柏、銀杏等)非常引人注目，但蕨類植物的數量最為豐富。蕨類植物是灌木林中的旺族，它們雖然低矮，但大量占據了森林的下層空間，緊簇擁擠，蒸蒸日上。今天地球上之所以蘊藏有如此豐富的煤炭資源，與石炭紀植物界的繁盛密切相關。中國是煤炭資源大國，有科學家曾經指出，石炭紀森林的廣袤和茂密可以從中國所產煤層的厚度上看出來，有的煤層厚度竟然超過120米，這相當于2440米的原始植物質的厚度。
早石炭世的植物面貌與晚泥盆世相似，古蕨類植物延續生長，但只能適應于濱海低地的環境;晚石炭世植物進一步發展，除了節蕨類和石松類外，真蕨類和種子蕨類也開始迅速發展。裸子植物中的科達樹是一種高大的喬木，成為造煤的重要材料之一。
植物是怎樣變成煤炭的呢？由于石炭紀的植物種類繁多，生長迅速，它們死后即便有一部分很快腐爛，但仍有許多枝干倒伏后避免了風化作用和細菌、微生物的破壞。石炭紀森林的不少林地是被水浸泡著的沼澤地，死亡后的植物枝干很快會下沉到稀泥中，那里實際上是一種封閉的還原環境，在這種環境中植物枝干避免了外界的破壞，并在壓實作用和其它作用下緩慢地演變成泥炭。年復一年，由植物形成的泥炭在地層中得到保存，并又經歷了成煤作用后成為初級的煤炭-褐煤。褐煤是一種劣質煤，褐煤再經過長時間的壓實后，才能形成真正意義上的煤--煙煤。褐煤轉化成煙煤要付出巨大的“代價”，據地質學家們推算，0.3米厚的煙煤是由6米厚的象褐煤這樣的植物質壓縮而成的。
石炭紀森林分布在地球陸地的許多地方，在中國北方的華北平原，就曾保存著石炭紀的廣袤森林，山西的煤層應該是最好的證據。在石炭紀時，山西大地歷經海水的數次入侵，海陸頻頻交替。每當海水退卻，陸地植物便在溫暖潮濕的環境下迅速繁盛，一期又一期的森林就這樣生成了。成煤的泥炭沼澤植物林中，主要以石松類、科達類、種子蕨類、真蕨類等為主。
石炭紀，有一場生物大滅絕事件，兩棲動物受到重創，巨型昆蟲全部滅絕，很高的蕨類植物死亡。事后，大氣含氧量降低，氣候干燥，只有爬行動物進化了。到了二疊紀，成了爬行動物時代。
截止至2012年，只發現了一種那時的爬行動物：原蜥。它體長60厘米。爬行動物與兩棲動物有很大的不同，爬行動物的卵有硬殼保護，不需產在水中。它們的皮膚不像兩棲動物，只有一層薄膜，而是長有鱗片，這使它們不必隔一段時間就返回水中，防止脫水。它們還進化出了一種器官：聲帶。
這次災難的禍首是煤炭。一億年來，陸地都完全由森林覆蓋。它們的枯枝形成了一層厚達30米的煤炭，而且遍布全球。那時，地幔巖漿活動劇烈，產生高溫。高溫穿過巖石，直達煤炭層。煤炭在高溫下開始燃燒。3.06億年前的一天，一堆火苗出現在地面上，緊接著，越來越多的火苗出現了，它們燒毀了成片的樹木，很快，附近一片火海。
當時極高的含氧量，加快了大火的擴散。大火在數天內就擴散到了500千米以外的地方。叢林中的動物無處可逃，大多被燒死。巨脈蜻蜓等昆蟲雖能飛行，但他們的卵卻不可能。昆蟲們失去了棲息地，而他們不可能總在飛行，最終筋疲力盡，掉在了火海中。
十年后，大火還在繼續燃燒。它們覆蓋了陸地約50%的地區。在這范圍內的大多數生物都被燒死。由于山脈和河流的阻擋，大火沒能繼續擴散。但煤炭的燃燒產生了大量的有害氣體，漸漸擴散到了全球。這些氣體使全球發生溫室效應，平均溫度在十年內上升了5攝氏度。這使海洋動物的卵無法孵化，這摧毀了很多動物。
三十年后，由于可燃物燃燒殆盡，大火停止燃燒。大火燃燒的地區，有一層厚厚的灰燼，這是動植物被燃燒所形成的。幸存下來的動物由于沒有食物來源，很快被餓死。
大氣中充滿了有害氣體，這又摧毀了許多呼吸功能差的動物。這些氣體又使全球氣溫繼續上升，災難發生100年后，全球氣溫平均可能達30攝氏度。
一千年后，有毒氣體還在繼續揮發，它們遮住了太陽。地球表面所得的光源只有正常的50%，這使得植物無法進行光合作用，大量植物因此死亡。一些呼吸功能差的動物，如引螈，也因此大量死亡。
一萬年后，有毒氣體終于停止了揮發，但動植物遭到了重創，50%的陸地幾乎沒有生命跡象，地球開始進入恢復期。
距煤炭層燃燒過去5萬年，滅絕事件基本結束。在這場災難中，兩棲動物受到重創，而引螈奇跡般地存活了下來；節肢動物中巨馬陸、巨脈蜻蜓、巨獨角仙、巨蜚蠊等動物都滅絕了，巨型昆蟲的時代結束了；海洋動物中，三葉蟲受到重創，并在下一次物種大滅絕事件中消亡。而受益最大的就是哺乳動物、鳥類、爬行動物的直系祖先--原蜥。他們的種群在這次災難中發展壯大，在接下來的數百萬年進化出許多不同的物種。他們在短時間內成為全球霸主，地球進入了長達2.4億年的爬行動物時代。
燃燒的煤炭、有毒的氣體、高溫構成了造成46%物種滅絕的物種大滅絕--石炭紀燃煤事件。
煤炭就在這樣一場滅絕性的燃燒中顯示了它的威力。
它的可怕之處，不僅在于燃燒的無情，還有燃燒中產生的那些有毒氣體。
構成煤炭有機質的元素主要有碳、氫、氧、氮和硫等，此外，還有極少量的磷、氟、氯和砷等元素。其中硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分，以硫最為重要。煤炭燃燒時絕大部分的硫被氧化成二氧化硫隨煙氣排放，污染大氣，危害動、植物生長及人類健康，腐蝕金屬設備；當含硫多的煤用于冶金煉焦時，還影響焦炭和鋼鐵的質量。所以，“硫分”含量是評價煤質的重要指標之一。
礦物質是煤炭的主要雜質，如硫化物、硫酸鹽、碳酸鹽等，其中大部分屬于有害成分。
煤炭的污染表現主要有：一、長期以煤炭為主的能源消費結構，形成以酸雨、二氧化硫和煙塵為主要危害的煤煙型大氣污染。主要包括火力發電、工業鍋（窯）爐、民用取暖和家庭爐灶等。高耗低效燃燒煤炭向空氣中排放出大量二氧化硫與二氧化碳和煙塵。二、煤炭開采破壞生態平衡：1、導致土地資源破壞及生態環境惡化；2、破壞地下水資源，加劇缺水地區的供水緊張；3、導致廢氣排放，危害大氣環境；4、為滿足社會對潔凈煤的需求，原煤入洗比例連年提高，排放出大量的煤泥水污染土壤植被及河流水系；5、運輸中產生的煤塵飛揚，既損失大量的煤炭，又污染沿線周圍的生態環境。此外，煤炭更直接污染了水源和空氣，并導致黑肺病的發生。
國際環保組織綠色和平呼吁全球各國重視燃煤造成的環境惡果，立即減少并逐步放棄煤炭的使用。
近些年，人們加強了對煤炭的保護治理：1、政策法規配套，環保投入增大；2、土地復墾取得一定成效；3、三廢（廢氣、廢水、廢渣）治理效果顯著；4、礦區綠化已從單純植樹種草，走向綠色生態工程建設；5、潔凈煤技術發展較快。
當然，治理污染最好的辦法不是稀釋，而是從根源上杜絕它的產生。所有地球居民都是鄰居，共同呼吸著唯一的空氣。因而必須在全球的層次上攜起手來，密切合作，減少污染，共同保持健康的空氣。