Den store iltningsbegivenhed havde den første store effekt på evolutionens forløb. På grund af den hurtige ophobning af ilt i atmosfæren døde mange organismer, der ikke var afhængige af ilt for at leve. koncentrationen af ilt i atmosfæren nævnes ofte som en mulig medvirkende årsag til evolutionære fænomener i stor skala, såsom oprindelsen af den flercellede Ediacara-biota, den kambriske eksplosion, tendenser i dyrenes kropsstørrelse og andre udryddelses- og diversifikationsbegivenheder.
Den store størrelse af insekter og padder i karbonperioden, hvor iltkoncentrationen i atmosfæren nåede op på 35 %, er blevet tilskrevet den begrænsende rolle, som diffusion spiller i disse organismers metabolisme. Men Haldane’s essay påpeger, at det kun ville gælde for insekter. Det biologiske grundlag for denne sammenhæng er imidlertid ikke fast, og mange beviser viser, at iltkoncentrationen ikke er størrelsesbegrænsende hos moderne insekter. Der er ingen signifikant korrelation mellem atmosfærisk ilt og maksimal kropsstørrelse andre steder i de geologiske optegnelser. Økologiske begrænsninger kan bedre forklare den lille størrelse af postkarboniske guldsmede – f.eks. forekomsten af flyvende konkurrenter som f.eks. pterosaurer, fugle og flagermus.
Stige iltkoncentrationer er blevet nævnt som en af flere drivkræfter for evolutionær diversificering, selv om de fysiologiske argumenter bag sådanne argumenter er tvivlsomme, og et konsistent mønster mellem iltkoncentrationer og udviklingshastighed er ikke klart tydeligt. Den mest berømte forbindelse mellem ilt og evolution finder sted i slutningen af den sidste af sneboldglaciationerne, hvor komplekst flercelligt liv for første gang findes i de fossile optegnelser. Under lave iltkoncentrationer og før udviklingen af kvælstoffiksering var biologisk tilgængelige kvælstofforbindelser i begrænset omfang til rådighed, og periodiske “kvælstofkriser” kunne gøre havet ugæstfrit for liv. Betydelige koncentrationer af ilt var blot en af forudsætningerne for udviklingen af komplekst liv. Modeller baseret på uniformitære principper (dvs. ekstrapolering af nutidens havdynamik ind i den dybe tid) tyder på, at en sådan koncentration først blev nået umiddelbart før metazoer for første gang dukkede op i de fossile optegnelser. Endvidere forekommer anoxiske eller på anden måde kemisk “ubehagelige” havforhold, der ligner dem, der formodes at hæmme makroskopisk liv, igen med mellemrum i den tidlige kambriske periode og også i den sene kridttid – uden nogen tilsyneladende virkning på livsformerne på disse tidspunkter. Dette kunne tyde på, at de geokemiske signaturer, der findes i havets sedimenter, afspejler atmosfæren på en anden måde før Kambrium – måske som følge af den fundamentalt anderledes måde, hvorpå næringsstoffernes cyklus foregår i fravær af planktivory.
En iltrig atmosfære kan frigøre fosfor og jern fra bjergarter ved forvitring, og disse grundstoffer bliver så tilgængelige for næring af nye arter, hvis stofskifte kræver disse grundstoffer som oxider.