Während früher angenommen wurde, daß die Tierwelt im Kambrium regelrecht explodierte, hat sich heute die Erkenntnis durchgesetzt, daß viele Tiergruppen schon weit vor dem Kambrium entstanden waren, daß sie aber nur ab dem Zeitpunkt fossil überliefert wurden, als sie begannen, Hartschalen und stabile Außenskelette zu entwickeln.
Warum dies so plötzlich geschah, und viele verschiedene Tiergruppen gleichzeitig damit anfingen, ist noch nicht geklärt. Mögliche Ursachen könnten darin liegen, daß Hartschalen als stabiler Muskelansatz ausgebildet wurden und der Feindabwehr dienten. Das wärmere Klima und der höhere Sauerstoffgehalt mögen auch eine Rolle gespielt haben.

Die auffälligste Organismengruppe im Kambrium sind sicherlich die Trilobiten. Trilobiten sind Gliedertiere aus der Entwicklungslinie der Arachnaten, zu denen auch die heutigen Spinnentiere gehören.

Sehr früh treten auch Brachiopoden (Armfüßer) auf, eine sehr bedeutende Gruppe von Tieren, die so ähnlich wie Muscheln aussehen, wie diese auf dem Meeresboden leben und zwischen zwei Kalk-Klappen Plankton aus dem Wasser filtern.

Archeocyathiden sind ursprüngliche Schwämme, die im Kambrium häufig sind und Riffe bilden. Richtige Schwämme (Porifera) gibt es daneben auch. Muscheln (Bivalvia), Schnecken (Gastropoda) und andere Weichtiere (Monoplacophora, Polyplacophora) kriechen über den Meeresboden. Die ersten Kopffüßer (Nautiloidea) schwimmen. Bellerophontacea sind ursprüngliche Schnecken, deren Gehäuse in Kopfrichtung, also nach vorne aufgerollt ist, wie im Bild zu sehen. Bei den etwas später entstandenen modernen Schnecken ist das Gehäuse nach hinten gedreht.

Aus dem Kambrium sind ebenfalls Ringelwürmer (Annelida) bekannt, Krebstiere (Malacostraca, Ostracoda), Seelilien (Crinoidea) und die ersten Vorläufer der Wirbeltiere. Sie beleben als unscheinbare, fischähnliche, schädellose Tiere  (Acrania) zusammen mit den schwebenden Quallen der Nesseltiere (Hydrozoa, Scyphozoa) die freie Wassersäule.

Pflanzliche Algen leben in großer Zahl auf dem Meeresboden, oder als pflanzliches Plankton in der freien Wassersäule.

Das Festland sieht weiterhin aus wie eine Marslandschaft. Gesicherte Hinweise für Leben auf dem Land liegen noch nicht vor.
Das Klima im Kambrium ist wärmer als im späten Proterozoikum. Die klimatischen Unterschiede zwischen den einzelnen Flachwassergebieten, in denen sich das Leben entfaltet, sind relativ gering.

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