原始昆蟲與現代昆蟲不同，身體的形態從小到大並沒有多少改變。它們從卵孵化後的幼蟲期到成蟲期，只是身體的節數一節節增加，同時性發育逐步完善成熟。它們還沒有明顯的翅膀，腹足尚未完全退化，腹部眾多的足隱約可見，有的則特化為跳器，而這些3億年前的原始特徵在現在低等的無翅亞綱昆蟲（彈尾目、原尾目和雙尾目）中仍然可見到，如增節的發育方式在原尾目中仍然保留；外口式口器和齊全的腹部附器在纓尾目中繼承了下來。它們的生命發育變化均屬於不完全變態。
從古生代泥盆紀起，昆蟲從水裡登上陸地，為了適應新生活，它們的身體構造不斷改變，逐漸成為現在身體分頭、胸、腹三部分，擁有3對足2對翅的樣子。大約在古生代的石炭紀初期或泥盆紀末期，昆蟲演化速度加快，出現了有翅昆蟲。當時地球上長滿高大茂盛的森林，枝繁葉茂的植物生長在湖泊沼澤邊，主要是鬱鬱蔥蔥的熱帶羊齒植物。氣候溫暖、濕潤，對昆蟲的生存繁衍極為有利。羊齒植物高大健壯，一般高達十幾米、甚至幾十米，昆蟲在樹上的生活促使它們擁有飛行工具，於是具有古老翅膀的昆蟲出現了。古翅昆蟲翅膀很長，而且無法折疊，在停息時仍要舉著自己碩大的翅膀，所以不易隱蔽自己，在後來嚴峻的生活競爭和強大的天敵威脅下，許多曾經繁盛的大型昆蟲最終銷聲匿跡了。經過考驗，從石炭紀保留至今的古翅昆蟲只剩下蜉蝣目（蜻蜓目是後來二疊紀才出現的古翅昆蟲）。石炭紀晚期，翅膀能折疊的新翅昆蟲很快出現，它們的體形小巧玲瓏，能利用很小的空間安置自己的身體，躲藏得十分穩妥。它們的翅膀在停歇時還承擔了保護身體的職責。新翅昆蟲的代表種類為蜚蠊目和原直翅目（現代直翅目的祖先，自身在二疊紀消亡），它們對環境的適應能力大大增強，因而更容易生存下來。
這一時期溫暖的氣候主要出現於北半球，而南半球的氣候卻是寒冷乾旱的，到了石炭紀末期，兩半球的氣候發生了變化，從溫暖濕潤轉變為寒冷乾旱，這樣就導致有翅昆蟲的成長和幼蟲的生活不能協調，二者的發育產生了分化：成蟲的某些性狀，如翅肌等在幼蟲期被抑制，從而產生了一個新的蟲態棗蛹態，昆蟲的完全變態由此宣告出現。蛹態的出現是非常重要的，它使昆蟲的翅由原來外生轉變為內生，翅肌由原來幼蟲期發生轉變為蛹期發生，而使昆蟲向更高級演化，許多種形態不同的昆蟲相繼出現。
到了二疊紀時，災難降臨了，乾旱使大片森林枯萎消失，原本綠蔭覆蓋的土地成了不毛的荒漠，綠色只殘留在海岸湖畔。以前依賴水域生活的爬行動物不得不脫離水的局限，向自由的天空進軍。鳥的祖先出現了，它們能躍上樹枝，居高臨下地俯瞰大地，開始捕捉昆蟲為食。雖然在惡劣的不穩定環境和鳥的追捕之下，昆蟲卻依靠完全變態的本領，有效逃脫危險，在旱災後殘存下來，使生存能力大大提高。
在進化過程中，昆蟲隨著地質變遷、環境變化而不斷調整自己的生活方式，習性也由簡單趨於復雜。比如二疊紀的蟑螂有長長的產卵器，它們肯定無法產出今天蟑螂外麵包裹有卵鞘的卵。而侏羅紀以前的蟈蟈是不會叫的，進入侏羅紀才學會簡單的鳴叫。現生的蟈蟈則能夠由前翅摩擦產生高亢而富於變化的聲音。
距今只有1億年的白堊紀，有花的近代植物大量湧現，膜翅目、鱗翅目等以花粉花蜜為食物的昆蟲與日俱增。同時，隨著鳥類與哺乳動物的興旺，靠寄生吸血為生的食毛目、蝨目、蚤目的昆蟲也應運而生。此後，昆蟲越來越表現出它們的強大生命力。
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