Thực vật bậc cao bao gồm những cơ thể đã thoát ly khỏi môi trường nước và chuyển lên cạn. Đây là một bước biến đổi quan trọng đối với thực vật. Từ đó dẫn tới hình thành những đặc điểm mới trong cấu tạo cơ quan sinh dưỡng và cơ quan sinh sản ở thực vật bậc cao, tiến hóa hơn Tảo.

Chuyển từ môi trường nước lên môi trường cạn nên đã có nhiều biến đổi của cơ thể để thích nghi với môi trường mới nên tuyệt đại đa số cơ thể thực vật bậc cao phân hóa thành các cơ quan thân, lá và hầu hết có rễ thật (trừ Rêu hay phân giới thực vật chưa có mạch).

Mỗi cơ quan đảm nhận chức năng riêng, phù hợp với hoàn cảnh sống mới. Trong môi trường cạn thì nguồn thức ăn từ đất (nước và các chất hòa tan) chỉ có thể được đưa vào trong cây nhờ hệ thống rễ (trong khi đó ở môi trường nước thức ăn hòa tan trong nước có thể được trực tiếp đưa vào cơ thể thực vật), ngoài ra rễ còn giúp cây đứng vững trong đất.

Lá làm nhiệm vụ quang hợp, tổng hợp các chất hữu cơ từ chất vô cơ. Còn thân làm nhiệm vụ nâng đỡ tán lá và vận chuyển thức ăn.

Cơ thể thực vật không những phân hóa thành các cơ quan khác nhau, mà mỗi cơ quan đều có cấu tạo phức tạp và phân hóa thành nhiều loại mô quan trọng đối với cơ thể ở cạn mà quan trọng nhất là mô dẫn.

Mô dẫn có chức năng dẫn truyền thức ăn (nước và các chất hòa tan) từ rễ lên lá và dẫn các chất hữu cơ do lá tổng hợp ra đưa đến các bộ phận khác để nuôi cây. Mô dẫn lúc đầu chỉ mới là quản bào, về sau có mạch thông hoàn thiện dần. Đồng thời trụ dẫn cũng tiến hóa từ dạng nguyên sinh lên những dạng phức tạp hơn (hình ống, hình mạng…) 

Ngoài mô dẫn, còn có mô bì và mô cơ. Mô bì làm nhiệm vụ che chở, bảo vệ cây khỏi bị những tác động biến đổi thường xuyên của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, gió, ánh sáng… Trên mô bì có lỗ khí giúp cho sự trao đổi khí và nước giữa cây với môi trường. Mô cơ làm nhiệm vụ nâng đỡ cây (ở môi trường nước mô này không phát triển vì nước cũng có tác dụng nâng đỡ và giữ thăng bằng cho cơ thể).

Tất cả các cơ quan và mô đó xuất hiện và ngày càng phát triển giúp cho thực vật bậc cao thích ứng được với điều kiện sống ở cạn. Trong khi đó các đặc điểm này hầu như chưa có hoặc chưa hoàn thiện ở thực vật bậc thấp (Tảo).

Về đặc điểm sinh sản và cơ quan sinh sản, ở thực vật bậc cao luôn có sự xen kẽ thế hệ giữa sinh sản vô tính (hình thành bào tử) và sinh sản hữu tính (hình thành và kết hợp giữa các giao tử). Sự xen kẽ thế hệ thể hiện rất rõ và thường xuyên.

Trong sự xen kẽ thế hệ, trừ ngành Rêu có thể giao tử chiếm ưu thế so với thể bào tử, còn lại các ngành khác thì thể bào tử ngày càng chiếm ưu thế rõ rệt và tới ngành Hạt kín thì thể giao tử xem như không đáng kể. Cơ quan sinh sản cái là túi noãn đa bào.

Trong quá trình tiến hóa, túi noãn biến đổi và lên đến thực vật Hạt kín xuất hiện một bộ phận mới là “nhụy” nằm trong cơ quan sinh sản chung là hoa.

Có sự xuất hiện phôi. Phôi là một giai đoạn nghỉ trong quá trình phát triển của cơ thể, được bảo vệ và nuôi dưỡng bởi thức ăn lấy từ cơ thể mẹ. Đây là một đặc điểm tiến hóa hơn hẳn thực vật bậc thấp, đảm bảo cho nòi giống phát triển tốt hơn. Vì vậy thực vật bậc cao ngày càng chiếm ưu thế trong giới Thực vật.

Trước đây người ta cho rằng Thực vật bậc cao tiến hóa từ những Tảo có xen kẽ thế hệ rõ ràng. Đó là Tảo lục, Tảo nâu và Tảo đỏ. Nhưng nhóm tảo nào là nguồn gốc của thực vật ở cạn đầu tiên thì hiện nay cũng chưa có đầy đủ tài liệu chứng minh rõ ràng.

Hiện nay, các nhà khoa học cho rằng giới Thực vật có nguồn gốc từ tổ tiên của chúng sống trong môi trường nước, thực vật trên cạn đã phát triển từ một nhóm nhỏ của tảo lục. Những hóa thạch có hình thái giống thực vật được phát hiện trong lớp đất đá kỷ Silua (khoảng 430 – 408 triệu năm) chưa có rễ và lá nhưng mọc thẳng đứng giống các tảo lớn ở biển. Những công bố gần đây (Simpson, 2006) cho thấy rằng thực vật trên cạn có mối quan hệ gần gũi với bộ Charales. Bằng phương pháp so sánh cấu trúc siêu hiển vi, sinh hoá học và thông tin di truyền của tế bào, các nhà nghiên cứu đã tìm ra sự giống nhau giữa Tảo vòng và Thực vật:

Giống nhau về chất màu: cả hai đều có diệp lục và β caroten.

Giống nhau về sinh hóa: vách tế bào đều bằn xenlulôz.

Giống nhau về cơ chế của quá trình phân bào.

Giống nhau về cấu trúc siêu hiển vi của tinh trùng.

Giống nhau về quan hệ di truyền: Cấu trúc phân tử của bất cứ gen nào trong nhân và các rARN của Tảo vòng đều thể hiện sự gần gũi với Thực vật bậc cao.

Tuy nhiên cần phải hiểu rằng: Tảo vòng hiện tại không phải là tổ tiên của Thực vật. Tảo vòng hiện tại và thực vật cùng phân ly từ một tổ tiên chung. Từ đó, khi chuyển lên đời sống ở cạn, các tổ tiên của Thực vật bậc cao do phụ thuộc vào điều kiện môi trường khác nhau mà phát triển ra 2 dòng tiến hóa đơn bội và lưỡng bội khác nhau:

-       Dòng thứ nhất tiến hóa theo hướng hướng thể giao tử chiếm ưu thế so với thể bào tử, cho ra phân giới thực vật chưa có mạch.

-       Dòng thứ hai, theo hướng thể bào tử chiếm ưu thế, hình thành nên tất cả các ngành Thực vật bậc cao khác và tiến hóa xa hơn hướng thứ nhất, tới những dạng có tổ chức cao nhất như Hạt trần, Hạt kín để tạo thành Giới thực vật phong phú và đa dạng ngày nay.

Tổ tiên của thực vật có mạch được ghi nhận gồm hai dạng chính là Zosterophyllumvà Rhynia, chúng hiện diện trong kỷ Devon và hiện chỉ còn những đại diện hóa thạch. Bởi vì nhóm thực vật chưa có mạch chưa có các mô xylem và phloem nên chúng được cho là xuất hiện trước thực vật có mạch. Tuy vậy, trong thời gian này vẫn có những mâu thuẩn rõ ràng là hóa thạch của thực vật chưa có mạch đầu tiên được tìm thấy cho đến nay chỉ khoảng 350 triệu năm, xuất hiện sau những hóa thạch của thực vật có mạch đầu tiên được hóa thạch. Do vậy, Tahktajan (1987) cho rằng nhóm thực vật chưa có mạch là nhánh tiến hóa từ nhóm thực vật có mạch nguyên thủy là ngành Dương xỉ trần Rhyniophyta (tuyệt chủng) theo hướng tiến hóa tiêu giảm về mặt cấu trúc và thể giao tử chiếm ưu thế. Nhưng hiện nay, các nhà khoa học vẫn thừa nhận là thực vật có mạch xuất hiện sau thực vật chưa có mạch và chúng tiến hóa từ tổ tiên chung theo hai hướng khác nhau.

Các loại thực vật trong nhóm Zosterophyllum có thể đã tiến hóa hoặc cùng tổ tiên với ngành thông đất (Lycophyta hay Lycopodiophyta), hóa thạch của Lycophyta được được ghi nhận chúng phát triển khá rộng rãi khoảng 400 triệu năm trước. Tổ tiên của ngành lá thông (Psilophyta) và ngành Cỏ tháp bút (Equisetophyta) ngày nay vẫn chưa được phát hiện. Lycopophyta và Psilophyta trước đây được xem như là đại diện còn tồn tại của những lần phân ly đầu tiên của thực vật có mạch trên cạn. Tuy vậy, những bằng chứng khi phân tích ADN của lục lạp có xu hướng khẳng định những bằng chứng về mặt địa chất (hóa thạch) là của các dạng Lycophytes có quan hệ gần với thực vật chưa có mạch hơn, có thể chúng là nhánh phân ly đầu tiên trong nhóm thực vật có mạch từ dạng tổ tiên chung của nhóm thực vật có mạch. Trong khi đó dạng Psilophytes lại có quan hệ chặt chẽ với thực vật có mạch trừ ngành Thông đất. Dạng Psilophytes có ADN lục lạp gần gũi với thực vật có mạch hiện nay trừ ngành thông đất, chúng được xem là dạng nguyên thủy, có thể chúng được hình thành trực tiếp từ Rhynia. Rhynia là thực vật có mạch đã tuyệt chủng, chúng được xem là nguồn gốc của tất cả các thực vật có mạch đang tồn tại hiện nay (trừ ngành Thông đất). Psilotum hiện nay vẫn đang còn sống là đại diện nguyên thủy nhất của ngành Lá thông (Psilophyta) hiện nay. Rhynia được Tahktajan (1978) được xếp vào ngành Dương xỉ trần, tuy nhiên S. M. Reddy (2001) lại xếp chúng vào ngành Lá thông (Psilophyta).

Psilophyton là thực vật có mạch đã bị tuyệt chủng, hóa thạch của chúng được phát hiện trong thời kỳ của kỷ Devon (hóa thạch của chúng có tuổi khoảng 400 triệu năm). Chúng là những thực vật thiếu lá và rễ thật, các cấu trúc hình thành bào tử hay túi bào tử phân bố ở đỉnh cành, có cấu trúc phức tạp hơn so với những dạng thực vật có độ tuổi tương đương (Rhynia). Tuy vậy, các nhà khoa học cho rằng chúng tiến hóa từ Rhynia. Các dạng sống của Psilophyton được xem là tổ tiên của nhóm thực vật tiền hạt trần (progymnosperms) là nguồn gốc của nhóm thực vật có hạt hiện nay. 

Thực vật bậc cao bao gồm các ngành (Takhtajan 1987):Ngành Rêu (Bryophyta), ngành Quyết trần (Rhyniophyta), ngành Lá thông (Psilotophyta),-ngành Thông đá (Lycopodiophyta), ngành Cỏ tháp bút (Equisetophyta), ngành Dương xỉ (Polypodiophyta), ngành Hạt trần (Gymnospermatophyta), ngành Hạt kín  (Angiospermatophyta).

Theo Margulis 2009: Giới thực vật được chia làm 2 phân giới: Bryata (phân giới thực vật chưa có mạch) và Tracheata (phân giới thực vật có mạch) gồm 12 ngành: Trong phân giới thực vật chưa có mạch gồm 3 ngành: Rêu (Bryophyta), ngành rêu tản (Hepatophyta) và ngành rêu sừng (Anthocerophyta), phân giới thực vật có mạch gồm 9 ngành: Lycophyta, Psilophyta, Sphenophyta, Filicinophyta, Cycadophyta, Ginkgophyta, Coniferophyta, Gnetophyta, Anthophyta. Đối với hệ thống của Margulis (2009), các ngành thực vật đã hóa thạch chưa được phân chia vào trong hệ thống của giới Thực vật.