A maioria dos 7 milhões de km2 da Floresta Amazônica é constituída por uma floresta de terra firme. Esta é uma floresta que nunca é alagada e se espalha sobre uma grande planície de até 130-200 metros de altitude, até os sopés das montanhas.

A grande planície corresponde aos sedimentos deixados pelo lago "Belterra", que ocupou a maior parte da bacia Amazônica durante o Mioceno e o Plioceno, entre 25 mil e 1,8 milhão de anos atrás.

O silte e as argilas depositados neste antigo lago foram submetidos a um suave movimento de elevação epirogenético, enquanto os Andes se ergueram e os modernos rios começaram a cavar os seus leitos.

Assim surgiram os três tipos de florestas amazônicas:

as florestas montanhosas Andinas, as florestas de terra firme e as florestas fluviais alagadas, as duas últimas na Amazônia brasileira.
 
As flutuações climáticas do Pleistoceno se manifestaram numa sucessão repetida de climas frio-seco - quente-úmido - quente-seco.

A última fase fria-seca data de 18 mil a 12 mil anos atrás, quando o clima da Amazônia era semi-árido, com temperatura média rebaixada por até 5C. Em seguida, houve o retorno do clima quente-úmido, que chega ao máximo em torno de 7 mil anos atrás. Desde então, e com várias oscilações de menor porte, vivemos um clima relativamente quente-seco.

Muito importante foi o fato de que durante as fases semi-áridas, a grande floresta de terra firme se encontrava dividida e fragmentada por formações vegetais abertas, do tipo cerrados, caatingas e campinaranas, todas melhor adaptadas ao clima seco. A floresta sobrevivia em "refúgios", situados nas áreas de solos mais altos e com melhor abastecimento hídrico.

Ao voltar o clima mais úmido, a floresta expandiu-se novamente, em detrimento da vegetação dos cerrados. Hoje em dia, o cerrado sobrevive em seus próprios "refúgios", dentro da imensidade das matas de terra firme. Este processo flutuante vai se repetir sem dúvida, a não ser que o homem interfira na situação.

A floresta de terra firme tem inúmeras adaptações à pobreza em nutrientes dos seus solos argilosos e podzólicos. As árvores que a compõem são capazes de se abastecer com nitratos através de bactérias fixadoras de nitrogênio, que estão ligadas às suas raízes. Além disso, uma grande variedade de fungos também simbiontes das raízes, chamados micorrizas, reciclam rapidamente o material orgânico antes deste ser lixiviado.

A serrapilheira (formada por folhas e outros detritos vegetais que caem ao solo) é reciclada rapidamente pela fauna rica de insetos, especialmente besouros, formigas e cupins. Os insetos constituem a maioria da biomassa animal na floresta de terra firme.

Esta floresta, especialmente rica em aráceas epífitas, é, comparada à Mata Atlântica, relativamente pobre em bromélias e orquídeas. Entre estas plantas epífitas estão as mirmecófitas, plantas que vivem em estreita simbiose com as formigas. No sub-bosque da floresta destacam-se especialmente as palmeiras e os cipós. As grandes samambaias são raras.

A macrofauna do chão da floresta é relativamente pobre. Os vários sapos e pererecas ali encontrados apresentam diversas adaptações para garantir a água necessária para o desenvolvimento dos girinos. Alguns grandes mamíferos, tais como as antas, o cateto e a queixada, assim como os mutuns e os inhambus, entre as aves do chão, merecem destaque. Perto do chão da floresta encontram-se também muitas aves "papa-formigas", que tiram proveito das enormes migrações de formigas de correição.

A grande diversidade animal encontra-se nas copas das árvores entre 30 e 50 metros de altura, um ambiente de difícil acesso para o pesquisador. Ali é rica a fauna de aves, como papagaios, tucanos e pica-paus.

Especialmente vistosos são o pavãozinho do Pará e a cigana. Entre os mamíferos das copas predominam os marsupiais, os morcegos, os roedores e os macacos. Os primatas possuem nichos bem diferenciados.

O bugio é diurno e se alimenta de preferência com folhas. O macaco da noite Aotus é o único macaco ativo durante a noite. Os sauins, insetívoros vorazes, possuem várias espécies e subespécies que se diferenciam pelo colorido e forma das faces. Ao lado dos polinizadores clássicos - abelhas, borboletas e aves - os macacos da Floresta Amazônica têm também um papel de destaque como polinizadores. As aves, os morcegos e os macacos frugívoros da mata de terra firme têm um importante papel de disseminar os frutos e sementes das árvores.

As espécies e subespécies de macacos, preguiças, esquilos e outras são freqüentemente separadas pelos grandes rios tributários do rio Amazonas. As unidades biogeográficas formadas pelas bacias destes rios explicam em parte a grande bioversidade da biota amazônica.