Il existe une variété de types de locomotion aérienne dans le règne animal, notamment le parachutisme, le vol plané, le vol et l’envol, qui nécessitent tous des adaptations distinctes. De nombreux micro-organismes peuvent voler parce que la physique de l’atmosphère terrestre permet à de minuscules particules de rester en l’air sans s’élever.
Les vrais animaux volants ont évolué indépendamment quatre fois dans l’histoire de la vie sur Terre : chez les insectes (début du Carbonifère, il y a 350 millions d’années, ordre des protodonates), les ptérosaures (Trias supérieur, il y a 228 millions d’années), les oiseaux (jurassique supérieur, 155 millions d’années). il y a, Archaeopteryx), et les chauves-souris (Premier Paléocène, il y a 55 millions d’années, Onychonycteris). Ainsi, les écarts entre l’évolution des animaux volants étaient respectivement de 122 millions, 73 millions et 100 millions d’années, pour une moyenne d’environ une fois tous les 100 millions d’années.
Le vol des insectes a peut-être évolué il y a beaucoup plus longtemps, au Dévonien. Le plus ancien fossile d’insecte, Rhyniognatha hirsti, dont l’âge est estimé entre 396 et 407 millions d’années, avait des mandibules dicondyliques, une caractéristique associée aux insectes volants. Ainsi, cet insecte peut avoir eu des ailes, ou évolué à partir de celles qui en avaient. À l’époque, les insectes étaient les seuls animaux terrestres non microscopiques et disposaient d’un écosystème complet dans lequel se diversifier.
Les animaux volants évoluent progressivement à partir des animaux planeurs. Le vol à voile a beaucoup plus de temps que le vol et comprend des animaux aussi divers que les écureuils volants, les grenouilles volantes, les lézards Draco et divers petits mammifères. Pour qu’un animal volant réussisse à évoluer, il doit minimiser son poids, développer des ailes et les muscles pour les utiliser. Le vol peut être une adaptation assez bénéfique, car il permet aux animaux de couvrir beaucoup plus de terrain et d’éviter facilement les prédateurs non volants. Les animaux volants post-insectes ont principalement évolué pour exploiter le nombre massif d’insectes volants en tant que source de nourriture largement inexploitée.
Les animaux volants varient considérablement en taille, de la minuscule fée de 0.139 mm, une guêpe, au ptérosaure éteint massif, Quetzalcoatlus, avec une envergure de 10 à 11 mètres (33 à 36 pieds), environ trois fois plus longue qu’une automobile typique. Jusqu’à récemment, le plus grand animal volant connu était le Ptéranodon, un ptérosaure d’une envergure pouvant atteindre 7.5 m (24.6 pi). On pensait que Ptéranodon était à peu près aussi gros que le permet la biomécanique du vol, mais cette barrière a été brisée par Quetzalcoatlus. Il peut y avoir des animaux volants encore plus gros dans les strates fossiles, bien que cela soit difficile à imaginer.