Kambrium explosion, den oöverträffade uppkomsten av organismer mellan 541 miljoner och ungefär 530 miljoner år sedan i början av den kambria perioden. Händelsen kännetecknades av utseendet på många av de stora filylerna (mellan 20 och 35) som utgör det moderna djurlivet. Många andra phyla utvecklades också under denna tid, varav den stora majoriteten utrotades under följande 50 till 100 miljoner år. Ironiskt nog är många av de mest framgångsrika moderna phylana (inklusive kordaterna, som omfattar alla ryggradsdjur) sällsynta element i kambrium. phyla som inkluderar leddjur och svampar innehöll de mest numeriskt dominerande taxorna (taxonomiska grupper) under Kambrium, och det var taxorna som blev utrotade.
Början av den kambriska perioden präglas av utvecklingen av hårda kroppsdelar som kalciumkarbonatskal. Dessa kroppsdelar fossiler lättare än mjuka vävnader, och således blir fossilposten mycket mer fullständig efter utseendet. Många släkter av djur utvecklade oberoende hårda delar ungefär samtidigt. Skälen till detta diskuteras fortfarande, men en ledande teori är att mängden syre i atmosfären äntligen hade nått nivåer som tillät stora, komplexa djur att existera. Syrehalter kan också ha underlättat de metaboliska processerna som producerar kollagen, en proteinbyggnad som är basen för hårda strukturer i kroppen.
Andra stora förändringar som inträffade i det tidiga kambriska landet (för 541 till 510 miljoner år sedan) inkluderar utvecklingen av djurarter som grävde in i sedimenten av havsbotten, snarare än att ligga ovanpå den, och utvecklingen av de första karbonatreven, som byggdes av svampaktiga djur som kallas arkeocyathider.
Vid det tidiga kambriska var huvuddelen av biosfären begränsad till marginalerna i världens hav; inget liv hittades på land (utom kanske cyanobakterier [tidigare känt som blågröna alger] i fuktigt sediment), det fanns relativt få pelagiska arter (biota som lever i det öppna havet) och inga organismer bebod havsdjupet. Livet i bottenområdena i bottenvåningen var emellertid redan väl diversifierat. Detta tidiga akvatiska ekosystem inkluderade de relativt stora köttätande Anomalocaris, deponeringsfodra trilobiterna (tidiga leddjur) och blötdjur, hängande matande svampar, olika rensande leddjur och eventuellt även parasiter som onychophoran Aysheaia. Därför verkar det troligt att ett välutvecklat vattenlevande ekosystem redan var i drift i grunda hav vid denna tid.
Efter den kambria perioden fortsatte biosfären att växa relativt snabbt. Under ordoviciperioden (485,4 miljoner till 443,4 miljoner år sedan) utvecklades de klassiska Paleozoic marina faunorna - som inkluderade bryozoans, brachiopoder, koraller, nautiloider och crinoider. Många marina arter dog av nära Ordoviciens slut på grund av miljöförändringar. Silurperioden (443,4 miljoner till 419,2 miljoner år sedan) markerar en tid då en snabb utveckling av många hängmatare i haven inträffade. Som ett resultat blev pelagiska rovdjur som nautiloider rikligt. Gnathostome fiskar, de äldsta craniates, blev vanliga nära slutet av Silurian tiden.
