Kỷ Permi kết thúc với sự kiện tuyệt chủng rộng lớn nhất được ghi lại trong cổ sinh vật học: Sự kiện tuyệt chủng kỷ Permi-kỷ Trias. 90% đến 95% các loài sinh vật biển đã tuyệt chủng, cũng như khoảng 70% loài sinh vật trên cạn. Ở mức độ riêng rẽ, có lẽ tới 99,5% số lượng các loại sinh vật khác nhau đã biến mất do hậu quả của sự kiện này.

Ở đây cũng có các chứng cứ đáng kể cho thấy sự ngập lụt rộng khắp gây ra bởi đá bazan nóng chảy từ sự phun trào macma đã gây ra sức ép môi trường và dẫn tới sự tuyệt chủng hàng loạt. Sự suy giảm môi trường sống ven biển và độ khô cằn tăng lên cũng góp phần vào sự kiện này.

Một giả thuyết khác cho rằng đó là do sự phun trào khí sulfua hiđrô từ lòng biển cả. Các phần của đại dương bị mất ôxy hòa tan trong nước theo chu kỳ đã cho phép các chủng loại vi khuẩn sống không cần ôxy có thể phát triển mạnh mẽ và tạo ra một lượng lớn khí sulfua hiđrô. Nếu một lượng lớn khí này được tích lũy trong khu vực thiếu ôxy thì nó có thể thoát ra ngoài khí quyển.

Các loại khí có tính ôxi hóa trong khí quyển có thể triệt tiêu loại khí độc này nhưng sulfua hiđrô có lẽ đã tiêu thụ hết tất cả khí trong khí quyển có thể chuyển hóa nó. Nồng độ sulfua hiđrô đã tăng lên một cách đáng kể trong vài trăm năm.

Mô hình hóa sự kiện như thế đã chỉ ra rằng khí này có thể tiêu hủy ozon trong các tầng trên của khí quyển, làm cho bức xạ tia cực tím lại tiếp tục giết chết nốt các loài đã sống sót sau sự phun trào khí độc này (Kump và những người khác, 2005). Tất nhiên, còn tồn tại những loài có thể chuyển hóa sulfua hiđrô.

Thậm chí người ta còn đưa ra một giả thuyết mang tính suy đoán nhiều hơn là các bức xạ mãnh liệt từ các siêu tân tinh cận kề là nguyên nhân gây ra sự tuyệt chủng này.

Trùng ba lá đã phát triển thịnh vượng kể từ kỷ Cambri, cuối cùng đã bị tuyệt chủng trước khi kỷ Permi kết thúc.

Năm 2006, một nhóm các nhà khoa học Hoa Kỳ từ Đại học Tiểu bang Ohio thông báo rằng có chứng cứ cho thấy tồn tại một hố do thiên thạch (hố vùng đất Wilkes) gây ra với đường kính khoảng 500 km tại châu Nam Cực. Hố này nằm ở độ sâu 1,6 km phía dưới lớp băng của khu vực vùng Wilkes ở miền đông châu Nam Cực. Các nhà khoa học đã suy đoán là va chạm mạnh này có thể đã gây ra sự kiện tuyệt chủng kỷ Permi-kỷ Trias, mặc dù niên đại của nó là dao động trong khoảng 100-500 triệu năm trước. Họ cũng suy doán là nó cũng góp phần bằng một cách thức nào đó đối với sự chia tách của Australia ra khỏi khối đất Nam Cực, mà khi đó cả hai đều là các phần của siêu lục địa Gondwana.