Kambrijska eksplozija, neusporedivo nastajanje organizama između 541 milijuna i otprilike 530 milijuna godina na početku kambrijskog razdoblja. Događaj je karakteriziran pojavljivanjem mnogih glavnih phyla (između 20 i 35) koji čine moderni život životinja. Tijekom tog vremena razvijale su se i mnoge druge vrste, od kojih je velika većina izumrla u sljedećih 50 do 100 milijuna godina. Ironično je da su mnoge od najuspješnijih modernih phyla (uključujući hordate, koji obuhvaćaju sve kralježnjake) rijetki elementi u skupštinama Cambriana; phyla koja uključuje člankonošce i spužve sadržavala je najviše brojčano dominantnih svojti (taksonomske skupine) tijekom Cambria, a to su bile svojte koje su izumrle.
Početak kambrijskog razdoblja obilježen je razvojem tvrdih dijelova tijela kao što su školjke kalcijevog karbonata. Ovi dijelovi tijela se fosiliziraju lakše od mekih tkiva, a time i zapis fosila postaje puno potpuniji nakon njihovog izgleda. Mnoge su životinjske rodove neovisno razvijale tvrde dijelove otprilike u isto vrijeme. O razlozima za to se još uvijek raspravlja, ali vodeća teorija je da je količina kisika u atmosferi napokon dosegla razine koje su omogućile postojanje velikih, složenih životinja. Razina kisika također je mogla olakšati metaboličke procese koji stvaraju kolagen, blok proteina koji je osnova za tvrde strukture u tijelu.
Ostale velike promjene koje su se dogodile u ranom kambriju (prije 541 do 510 milijuna godina) uključuju razvoj životinjskih vrsta koje su se ukopale u sedimente morskog dna, umjesto da leže na vrhu, te evoluciju prvih karbonatnih grebena, koji građene su od spužvastih životinja zvanih arheocathidi.
Do ranog kambrijskog područja najveći dio biosfere bio je ograničen na margine svjetskih oceana; na kopnu nije pronađen život (osim eventualno cijanobakterija (ranije poznatih kao plavo-zelene alge) u vlažnom sedimentu), relativno je malo pelagičnih vrsta (biota koje žive na otvorenom moru) i nijedan organizam nije naseljavao morske dubine. Život u plitkim dijelovima morskog dna, međutim, već je bio dosta raznolik. Ovaj rani vodeni ekosustav obuhvaćao je relativno velike mesožderke Anomalocaris, trilobite koji se hrane naslagama (rani člankonožaci) i mekušce, spužve za hranjenje suspenzijom, razne člankonožece, a možda čak i parazite, kao što je onhoforana Aysheaia. Stoga se čini vjerovatno da je u razvijenom vodenom ekosustavu do tada već djelovao dobro razvijeni vodeni ekosustav.
Nakon kambrijskog razdoblja, biosfera se nastavila relativno brzo širiti. U ordovicijskom razdoblju (prije 485,4 milijuna do 443,4 milijuna godina) razvile su se klasične paleozojske morske faune - koje su uključivale brajoze, brahiopode, koralje, nautiloide i krinoide. Mnoge morske vrste uginule su blizu kraja Ordovičara zbog promjena u okolišu. Silurijsko razdoblje (prije 443,4 milijuna do 419,2 milijuna godina) označava vrijeme kada se dogodio brzi razvoj mnogih opskrbljivača suspenzija u oceanima. Kao rezultat toga, pelagični grabežljivci poput nautiloida postali su u izobilju. Ribe gnathostome, najstariji kranijati, postale su uobičajene pri kraju silurijanskih vremena.
