Hơn 500.000 loài thực vật, gồm thực vật có hạt, rêu, dương xỉ và cận dương xỉ (fern ally) được thống kê hiện đang tồn tại. Năm 2004, 287.655 loài được xác định, trong số đó 258.650 là loài có hoa, 16.000 loài rêu, 11.000 loài dương xỉ và 8.000 loài tảo xanh.

Thực vật có phôi

Quen thuộc nhất là các loài thực vật đa bào sống trên mặt đất, được gọi là thực vật có phôi (Embryophyta). Chúng bao gồm các loài thực vật có mạch, là các loại thực vật với các hệ thống đầy đủ của lá, thân và rễ. Chúng cũng bao gồm cả một ít các loài có quan hệ họ hàng gần với thực vật có mạch, thường được gọi trong khoa học là Bryophyta, với các loài rêu là phổ biến nhất.

Tất cả các loại thực vật này đều có các tế bào nhân chuẩn với các màng tế bào được tạo thành từ xenluloza và phần lớn thực vật thu được nguồn năng lượng thông qua quang hợp, trong đó chúng sử dụng ánh sáng và điôxít cacbon để tổng hợp thức ăn. Khoảng 300 loài thực vật không quang hợp mà sống k‎ý sinh trên các loài thực vật quang hợp khác. Thực vật là khác với tảo lục, mà chúng đã tiến hóa từ đó, ở điểm là chúng có các cơ quan sinh sản chuyên biệt được các mô không sinh sản bảo vệ.

Các loài rêu trong nhóm Bryophyta lần đầu tiên xuất hiện từ đầu đại Cổ Sinh. Chúng chỉ có thể sống sót trong các môi trường ẩm ướt, và giữ nguyên kích thước nhỏ trong suốt chu trình sống của chúng. Nó bao gồm sự luân phiên giữa hai thế hệ: giai đoạn đơn bội, được gọi là thể giao tử và giai đoạn lưỡng bội, được gọi là thể bào tử. Thể bào tử có thời gian sống ngắn và là phụ thuộc vào cha, mẹ của chúng.

Thực vật có mạch xuất hiện lần đầu tiên vào thời kỳ của kỷ Silur (409-439 Ma), và vào kỷ Devon (359-416 Ma) chúng đã đa dạng hóa và lan rộng trong nhiều môi trường đất khác nhau. Chúng có nhiều cơ chế thích nghi, cho phép chúng vượt qua các hạn chế của Bryophyta. Các cơ chế này bao gồm lớp biểu bì (chất cutin) chống bị khô và các mô có mạch để vận chuyển nước trong khắp cơ thể. Ở nhiều loài, thể bào tử đóng vai trò như một cá thể tách rời, trong khi thể giao tử vẫn là nhỏ.

Thực vật có hạt nguyên thủy đầu tiên, Pteridospermatophyta (dương xỉ có hạt) và nhóm Cordaitales, cả hai nhóm này hiện nay đã tuyệt chủng, đã xuất hiện vào cuối kỷ Devon và đa dạng hóa trong kỷ Than Đá (280-340 Ma), với sự tiến hóa kế tiếp diễn ra trong kỷ Permi (248-280 Ma) và kỷ Trias (200-251 Ma). Ở chúng, giai đoạn thể giao tử bị suy giảm hoàn toàn, và thể bào tử bắt đầu cuộc sống bên trong lớp bao bọc, gọi là hạt, chúng phát triển khi đang ở trên thực vật cha mẹ và với sự thụ phấn bằng các hạt phấn. Trong khi các loài thực vật có mạch khác, chẳng hạn như dương xỉ, sinh sản nhờ các bào tử và cần có sự ẩm ướt để phát triển thì một số thực vật có hạt có thể sinh sống và sinh sản trong các điều kiện cực kỳ khô cằn.

Các loài thực vật có hạt đầu tiên được nói đến như là thực vật hạt trần (Gymnospermae), do phôi hạt không được bao bọc trong một cấu trúc bảo vệ khi thụ phấn, với các hạt phấn trực tiếp hạ xuống phôi. Bốn nhóm còn sống sót hiện vẫn phổ biến rộng khắp, cụ thể là thực vật quả nón, là nhóm cây thân gỗ thống trị trong một vài quần xã sinh vật. Thực vật hạt kín (Angiosperm), bao gồm thực vật có hoa, là nhóm thực vật chính cuối cùng đã xuất hiện, nảy ra từ thực vật hạt trần trong kỷ Jura (146-200 Ma) và đa dạng hóa nhanh chóng trong kỷ Phấn Trắng (65-146 Ma). Chúng khác với thực vật hạt trần ở chỗ các phôi hạt được bao bọc, vì thế phấn hoa cần phải phát triển một ống để xâm nhập qua lớp vỏ bảo vệ hạt; chúng là nhóm thống trị trong giới thực vật ngày nay ở phần lớn các quần xã sinh vật.

Phát sinh loài

Phát sinh loài dưới đây của Plantae lấy theo Kenrick và Crane[10], với biến đổi đối với Pteridophyta lấy theo Smith và ctv.[11]. Prasinophyceae có thể là nhóm cơ sở cận ngành đối với toàn bộ thực vật xanh.