寒武紀大爆發(Cambrian Explosion)為元古宙（5億4300萬年至25億年前）和埃迪卡拉紀（5億4200萬年至6億3500萬年前）的結束註下標記，它開啟了顯生宙、古生代、和寒武紀的時代。在短短的1000萬年時間，也可能更多一點或更少一點的時間，動物身體所有的基本構造突然出現。 在加拿大洛磯山脈中的伯吉斯頁岩(Burgess Shale)，到處可以看到這一個時期所遺留下來並保存良好的化石，如三葉蟲、軟體動物、棘皮動物、和許多其它的生物。也有一種理論認為，海洋中氧含量的增加，掠食性動物在獵捕過程中的演化和發明，可能是造成在埃迪卡拉紀時期，大部分的動物群絕滅的原因，而物種在演化上的創新造成了寒武紀大爆發，可從掠食者和獵物之間看出物種進化的軌跡。

還有在寒武紀大爆發時期出現很多不同形狀的生物，都是在化石記錄裡首次出現，這些生物有可能在埃迪卡拉紀或更早之前就已經進化了，不過有關更早期的化石，遺留下來的數量不多，或只能說更早期的生物沒有變成化石，所以無法從現有的化石記錄裡求證其演化過程。在寒武紀早期的岩石中出現一些奇怪的生物化石，人們認為這些奇怪的生物就足以代表所有奇特種類的動物，跟後續時期出現較為接近現代化的生物沒有任何近親的關係，原本被認為平淡無奇，如今都被認為是具有罕見形狀的生物，比如說身上長著尖刺狀的怪誕蟲(Hallucigenia)，今天如大家所知是屬於一種天鵝絨蟲(velvet worm)。