古生代第二个最老的纪；始于距今5亿年前，持续大约7500万年。最先在北威尔士研究的奥陶纪岩石，取名于居住在该地区的凯尔特族的奥陶维斯（Ordovice）部落的名称。这个系由英国地质学家查尔斯·拉普沃思（1842—1920）在1879年定名。他对威尔士的下古生代地层的研究，把奥陶纪岩石清楚地与下伏的寒武系和处于奥陶系之上的志留系分开来。查尔斯·拉普沃思在建立寒武系、奥陶系和志留系之间的界线时解决了地质学历史上一个最著名的争论不休的问题。奥陶纪是广泛的海相沉积作用的时期。浅海淹没了现在的地中海地区、不列颠群岛、斯堪的那维亚、波罗的海地区以及西伯利亚的大部地区。在北美洲，海水覆盖达该大陆的70％的面积，而周围的陆地也比寒武纪时低许多。在看来很温暖的奥陶纪海洋中沉积的沉积物形成了数千米厚的沉积岩。其中有些是杂砂岩、黑色页岩和火山灰，表明是深海沟或海底盆地中的沉积物，另外一些，例如白云岩、石灰岩和钙质页岩，代表在覆盖大陆的相对浅的海中沉积的沉积物。许多黑色页岩含有大量笔石、浮游的群体动物，它们由于随洋流而迁徙，遍布世界各地。当它们死亡时，遗体沉到洋底作为沉积物的一部分。北美洲的某些早奥陶纪的笔石类似于威尔士下奥陶系岩石中所发现的那些笔石。这些标准化石使得许多奥陶纪地层能够进行大陆间的对比。笔石数量之多使人们将奥陶纪称之为“笔石的时代”。

　　在奥陶纪结束之际，北美洲东部沿新泽西州到纽芬兰一线隆起。这次造山变动称为塔康造山运运，它伴有大量火山活动与岩石变形。纽约州东部的塔康山是这次隆起产生的奥陶纪古陆的侵蚀残留物。

　　奥陶纪的气候可能在世界大多数地区都是温和而少变化的。目前还没有十分确定的气候带的证据。这种气候和浩瀚的奥陶纪海有利于生物的发展。大洋里充满了大量的海生植物与无脊椎动物，它们的成为化石的遗体在世界上广泛地大量出现。这些生物比寒武纪的生物更复杂也更多样化，在寒武纪已占主要地位的三叶虫和腕足动物，这个时期甚至数量更多。它们与不同种属的珊瑚、海林檎、海蕾、海百合、腹足类以及瓣鳃类结合在一起。尤其重要的是具有直的锥状壳的特别大的头足类的发育。其中有一些，例如内角石，长达4.5米（15英尺）。现在知道的最早出现于奥陶纪时期的苔藓虫，得到了快速与广泛的发展。

　　奥陶纪的最值得注意的事件是作为已知最早的脊椎动物——甲胄鱼的出现。依据落基山地区收集的碎屑骨甲和鳞片得知，这些小的带盔甲的无颚鱼与现在的八目鳗或七鳃鳗有关。

　　奥陶纪岩石有各种矿产。伊利诺伊州北部和密苏里州圣彼得砂岩建造的分选好的纯石英砂是玻璃砂的重要来源。田纳西州和佛蒙特州开采奥陶纪的大理岩，阿巴拉契地区北部与中部生产作水泥、白粉、肥料和建筑石料的石灰岩。威斯康星州南部、伊利诺伊州北部和衣阿华州有铅锌矿山。美国中部地区地下的奥陶纪建造产生了大量石油和天然气。