笔石的演化，根据穆恩之先生的意见，大致循五条路线前进。
（1）笔石体的简化：
原始的笔石，构造很复杂，一个笔石体包合很多笔石枝，多至数十枝，后来渐渐演进，笔石枝渐渐减少，少到一个笔石体只有一个枝，如断笔石及单笔石。
（2）生长方向的转变：
多数树形笔石是固定于海底，向上生长，少数是漂浮下垂的。正笔石全部是浮游或附着浮游的。附着浮游的笔石体用线管或中轴附着于其他漂浮着的物体上，像是悬挂着的东西，胎胞管的尖端向上，口端向下。起初笔石枝是下垂生长的，各枝间近乎平行，笔石枝的背部向外，腹部向内。后来渐渐演变，笔石枝渐渐展开，由下垂生长而下斜生长、而平伸、而上斜，最后向上攀合。当笔石枝攀合以前，胞管排列在笔石枝的一面，叫做军列。双枝的笔石攀合生长时，两个笔石枝的腹部向外，背部相靠，看来好像变成了一枝，而两面都有胞管，叫做双列。当四枝笔石攀合时，便形成了四列，如叶笔石。
（3）胞管的变形：
原始的笔石，胞管为直管状，接来的笔石，胞管渐渐变了形状。胞管由直管状变成其他的形状，有三个趋向：
①胞管口部渐渐向外伸展，呈三角状，进而和其他相邻的胞管分离，呈孤立状态，仅共通管相连，如耙笔石；
②胞管口部向外弯，成为钩状，进而卷曲，如卷笔石
③胞管腹部弯曲，口部向内转，口穴渐渐显著，造成显著的方形口穴，如栅笔石
（4）体壁的变化：
胞管的体壁分作外、中、内三层，原始笔石的体壁很薄，原来在某些双列的笔石中，胞管体壁的外层局部渐渐坟厚，如舌笔石，中层变成网状，如细网笔石，同时常常生出附连物来。
（5）生长形式的变化：
笔石生长形式的变化，就是笔石体中最初几个胞管排列型式的变化，主要是横管的增多，在原始的笔石中，第一个胞管由胎胞管生出，第二个胞管由第一个胞管生出，然后这两个胞管各自连续生长，成为两个笔石枝，由第一个胞管所发展成的一个笔石枝，叫做第一枝或甲枝，由第二个胞管发展成的一个笔石枝，叫做第二枝或乙枝。第一个胞管成为甲枝的第一胞管（甲1），第二个胞管成为乙枝的第一胞管（乙1）。胞管乙，横过胎胞管的部分，叫傲横管。胎胞管露出的一面为笔石体的正面，胎胞管被横管掩蔽的一面是笔石体的反面。原始的笔石，仅有一个横管，郎由胞管甲1生出两个胞管（乙，和甲2）。如由胞管乙，生出两个胞管（甲2和乙2），则形成了两个横管。越演进，笔石的横管越多，也就是说，能生出两个胞管的那个胞管逐渐向上推移。在双列笔石裹，虽然同是两列胞管，但有的是横管少，实为攀合生长的两个平行笔石枝，有的是横管特多，两边的胞管都是左右相间生长的。前者叫做平行式，后者叫做相闾式，相间式是由平行式演变而来。
笔石的分类及在地层上的分布
笔石的分类主要依据系按笔石枝的数目、轴的有无、笔石枝和胞管的排列方式（单列或双列）以及笔石体的形状而分类。
常用的分类法为：
Ⅰ树形笔石目
Ⅱ正笔石目
1.无轴亚目
2.有轴亚目
寒武纪后期最先出现的笔石都是树形笔石，具有三种不同的胞管。到奥陶纪初期出现了正笔石。原始的正笔石还带有残存的副胞管，到下奥陶纪末期有些正笔石攀合生长，绫管硬化成为中轴，横管增多，形成了正笔石的有轴亚日；无中轴的正笔石为无轴亚目。由此可知正笔石（无铀亚目）是由树形笔石演变而来，有轴亚目又是从无轴亚目演变成的。树形笔石的变化少，由塞武纪役期直到石炭纪，没有多大的变化，很少有地层上的价值。正笔石的地层价鲈大，由奥陶纪初期到志留纪末期，变化显著，可以分作三个阶段来看：
（1）下奥陶纪的正笔石几乎全是无轴亚目，笔石枝多，胞管形状简单，体壁薄，只有一个横管，大多是下垂或平伸生长。
（2）中奥陶纪到上奥陶纪期间无轴亚目和有轴亚目同时并进，为正笔石的鼎盛时期，笔石枝大为减少，多为两枝，两个横管，胞管开始变形，主要的是胞管口都向内卷，造成显著的口穴，胞管体壁开始变化，附连物大量出现。
（3）志留纪的正笔石叠是有轴亚目，无轴正笔石已经灭绝，笔石枝最少，以单枝为主，单枝的笔石体始端先行弯曲，进而呈旋转，胞管变化极大，各种形状均巳出现。在中志留纪单枝笔石的胞管口部生出幼枝，如弓笔石。上志留纪时正笔石大为减少，上志留纪以后正笔石完全绝迹。