Velká okysličovací událost měla první významný vliv na průběh evoluce. V důsledku rychlého nahromadění kyslíku v atmosféře zahynulo mnoho organismů, jejichž život nebyl na kyslíku závislý. koncentrace kyslíku v atmosféře je často uváděna jako možný faktor, který přispěl k rozsáhlým evolučním jevům, jako je vznik mnohobuněčné bioty Ediacara, kambrická exploze, trendy ve velikosti těl živočichů a další události vymírání a diverzifikace.

Velká velikost hmyzu a obojživelníků v období karbonu, kdy koncentrace kyslíku v atmosféře dosahovala 35 %, byla připisována limitující roli difuze v metabolismu těchto organismů. Haldaneova stať však poukazuje na to, že by se to týkalo pouze hmyzu. Biologický základ pro tuto korelaci však není pevný a mnoho důkazů ukazuje, že koncentrace kyslíku není u moderního hmyzu limitující pro velikost. Ani jinde v geologickém záznamu neexistuje významná korelace mezi atmosférickým kyslíkem a maximální velikostí těla. Ekologická omezení mohou lépe vysvětlit zmenšenou velikost postkarbonských vážek – například výskyt létajících konkurentů, jako jsou pterosauři, ptáci a netopýři.

Zvyšující se koncentrace kyslíku byla uváděna jako jedna z několika hnacích sil evoluční diverzifikace, ačkoli fyziologické argumenty stojící za těmito argumenty jsou sporné a konzistentní vzorec mezi koncentrací kyslíku a rychlostí evoluce není jasně patrný. Nejslavnější souvislost mezi kyslíkem a evolucí se objevuje na konci posledního ze sněhových zalednění, kde se ve fosilním záznamu poprvé objevuje složitý mnohobuněčný život. Při nízkých koncentracích kyslíku a před evolucí fixace dusíku byly biologicky dostupné sloučeniny dusíku v omezeném množství a periodické „dusíkové krize“ mohly způsobit, že oceán byl pro život nehostinný. Významné koncentrace kyslíku byly jen jedním z předpokladů pro vývoj složitého života. Modely založené na uniformitárních principech (tj. extrapolující dynamiku současného oceánu do hlubokého času) naznačují, že takové koncentrace bylo dosaženo až těsně předtím, než se ve fosilním záznamu poprvé objevili metazoa. Dále se anoxické nebo jinak chemicky „nepříjemné“ oceánské podmínky, které se podobají těm, jež měly potlačovat makroskopický život, znovu objevují v určitých intervalech v průběhu raného kambria a také v pozdní křídě – bez zjevného vlivu na formy života v těchto obdobích. To by mohlo naznačovat, že geochemické znaky nalezené v oceánských sedimentech odrážejí atmosféru jiným způsobem před kambriem – možná v důsledku zásadně odlišného způsobu koloběhu živin při absenci deskovitosti.

Amosféra bohatá na kyslík může zvětráváním uvolňovat fosfor a železo z hornin a tyto prvky se pak stávají dostupnými pro výživu nových druhů, jejichž metabolismus vyžaduje tyto prvky ve formě oxidů.

.