La faune et la flore sont exclusivement marines. Les mers sont peu profondes et très étendues, le climat est plutôt chaud. Les débris organiques sont peu nombreux : quelques algues, vers, Radiolaires (Rhizopodes), lingules (Brachiopodes), Echinodermes, Spongiaires, etc. La Bohème a donné des trilobites.  Mais on on observe une dversification rapide de la biosphère dès le début de la période (explosion cambrienne); formes animales des schistes de Burgess Pass. 

Les dépôts cambriens, répandus dans le Cumberland et le Pays de Galles (ancienne Cambrie) se  retrouvent an France, dans le sud-ouest de la Bretagne (départements du Finistère et du Morbihan). Ces contrées  étaient donc, durant cette première partie du Paléozoïque, couvertes par les eaux de la mer; et ces eaux renfermaient une grande quantité de matières siliceuses, puisque les dépôts cambriens sont principalement des schistes, des grès grossiers, des quartzites, qui ont subi certainement un métamorphisme plus ou moins intense. Après cette époque, des plissements plus ou moins rapides ont soulevé les couches déjà formées; ainsi se sont formées, en France les collines qui s'étendent entre Pontivy et Saint-Lô, les collines à ardoises des Ardennes; sur les bords du Rhin, les montagnes du Hundsruck et de l'Eifel.

Les subdivisions du Cambrien

Au tout début du Cambrien, durant le Terreneuvien (542-521 Ma), les océans sont peuplés de communautés simples dominées par des bactéries et des organismes à corps mou, mais apparaissent également les premières traces fossiles complexes, tels que les pistes et terriers attribués à des animaux fouisseurs plus évolués que ceux de l'Édiacarien. Ce stade est aussi marqué par l'émergence des premiers petits fossiles à coquille (SSF, small shelly fauna), tels que des tubes calcifiés, des plaques ou des carapaces, qui constituent les premières preuves de biomineralisation à grande échelle. Cette innovation évolutive protège les organismes contre les prédateurs et favorise une diversification rapide.

Le stade suivant, la Série 2 (521-509 Ma), voit l'apparition et la diversification des trilobites, arthropodes marins emblématiques du Cambrien, qui connaissent rapidement une grande diversification et deviennent des fossiles stratigraphiques importants pour la datation de cette période. Les récifs microbiens, construits par des cyanobactéries et des archéocyathes (éponges calcaires), se développent dans les mers peu profondes. Ils forment des biomes qui abritent une biodiversité croissante, et l'organisation écologique des fonds marins devient plus complexe. 

Cambrien moyen. 
Le Cambrien moyen (Mialongien ou Série 3), qui s'étend approximativement de 509 à 497 millions d'années avant notre ère, représente l'apogée de l'explosion cambrienne. Cette période se caractérise par une diversification spectaculaire des formes de vie marine et par l'apparition de nombreux phylums animaux encore présents aujourd'hui. Les océans, vastes et peu profonds, deviennent des écosystèmes dynamiques où les interactions entre prédateurs et proies favorisent des innovations évolutives majeures.

Les trilobites, déjà présents au Cambrien inférieur, atteignent une diversité exceptionnelle. Ils occupent différents habitats marins, du fond aux zones intermédiaires, et développent une grande variété de formes et d'adaptations. Parmi les autres groupes dominants, eux aussi apparus à la fin de la phase précédente, figurent les brachiopodes, les échinodermes, les mollusques et divers organismes benthiques. La complexité des réseaux alimentaires s'accentue, avec une augmentation des niveaux trophiques et une intensification des interactions biologiques.

Les gisements fossilifères du Cambrien moyen, comme les schistes de Burgess  au Canada et de Chengjiang en Chine, livrent des preuves remarquables de cette diversification. Ces sites exceptionnels préservent des fossiles à corps mou d'une finesse rare, révélant une faune riche en organismes aux anatomies variées et parfois étranges. 

Les récifs construits par les archéocyathes déclinent progressivement, remplacés par d'autres types de structures biologiques. Cette période voit aussi l'essor des algues et des cyanobactéries qui participent à la productivité des environnements marins. La sédimentation et la géologie des bassins marins enregistrent les traces de ces bouleversements biologiques, avec des dépôts riches en fossiles.

Cambrien supérieur. 
Le Cambrien supérieur, appelé également Furongien, s'étend de 497 à 488 millions d'années avant le présent et constitue la dernière phase du Cambrien. Cette période est caractérisée par une évolution continue des écosystèmes marins et par des changements écologiques qui préparent la transition vers l'Ordovicien. Les environnements marins se diversifient, et vont de larges plateformes peu profondes à des bassins plus profonds, favorisant une distribution variée des communautés biologiques.

Les trilobites demeurent les organismes dominants, mais leur diversité connaît des fluctuations importantes, avec plusieurs épisodes d'extinction locale qui modifient la composition des faunes. De nouvelles familles apparaissent tandis que d'autres déclinent. Aux côtés des trilobites, les brachiopodes, les échinodermes et les mollusques se développent et occupent des niches écologiques variées. Les éponges, les annélides et d'autres organismes benthiques continuent de jouer un rôle essentiel dans les écosystèmes marins.

Les interactions écologiques s'intensifient encore, avec l'apparition de prédateurs mieux adaptés et la diversification des proies. Certaines lignées d'arthropodes continuent d'innover en termes de morphologie et de modes de vie. Les récifs formés par les archéocyathes disparaissent totalement, remplacés par des communautés plus complexes de spongiaires et d'algues calcaires. Cette évolution des bioconstructions influence les habitats et la biodiversité.

La sédimentation de cette époque montre une alternance de dépôts carbonatés et siliceux, qui témoignent de variations environnementales. Vers la fin du Cambrien supérieur, un événement d'extinction relativement significatif affecte plusieurs groupes, notamment certains trilobites et éponges. Cette crise, bien que moins intense que celles des périodes ultérieures, entraîne un renouvellement des faunes qui favorisera l'explosion biodiversifiée de l'Ordovicien.

L'explosion cambrienne

Ce qui caractérise l'explosion cambrienne est l'émergence quasi simultanée d'une immense variété de plans d'organisation corporelle. Pour la première fois dans les archives fossiles, on observe des animaux dotés de squelettes minéralisés (coquilles, carapaces), de pattes articulées, d'yeux complexes et d'autres appendices spécialisés. Cette révolution a donné naissance à la plupart des lignées animales que nous connaissons aujourd'hui, des arthropodes ,ancêtres des insectes et des crustacés, aux chordés, parmi lesquels sont les vertébrés.

Les gisements fossilifères exceptionnels, comme les schistes de Burgess au Canada, le lagerstätte de Chengjiang en Chine et celui de Sirius Passet au Groenland, ont été cruciaux pour notre compréhension de cet événement. Ces sites ont préservé non seulement les parties dures comme les coquilles, mais aussi les empreintes des tissus mous, offrant une fenêtre unique sur l'anatomie et la diversité de la faune cambrienne. 
On y trouve des prédateurs actifs comme Anomalocaris, doté de membres préhensiles et d'une bouche circulaire dentée, qui illustre l'émergence de la prédation sophistiquée, ou encore Hallucigenia, avec ses épines dorsales et ses pattes énigmatiques. On y découvre également des animaux munis d'yeux complexes, de systèmes nerveux avancés et de structures locomotrices spécialisées, témoignant d'une évolution rapide de la sensorialité et de la mobilité.

Plusieurs hypothèses sont avancées pour expliquer les causes de cette diversification rapide. Les facteurs environnementaux jouent un rôle clé : une augmentation significative du taux d'oxygène dans l'atmosphère et les océans aurait pu fournir l'énergie nécessaire à des métabolismes plus actifs et à la construction de corps plus grands et complexes. La fin d'une période de glaciation globale (Terre boule de neige) du Protérozoïque aurait également pu libérer de nouveaux nutriments et créer de nouvelles niches écologiques.

Sur le plan génétique, l'évolution des gènes de développement, notamment les gènes Hox, est considérée comme un catalyseur majeur. Ces gènes architectes contrôlent le plan d'organisation de l'animal, de la tête à la queue. L'émergence et la duplication de ces gènes auraient fourni la boîte à outils génétique nécessaire pour expérimenter et générer de nouvelles formes corporelles.

Enfin, des facteurs écologiques, comme l'apparition de la prédation, ont probablement instauré une "course aux armements" évolutive. Les proies ont développé des carapaces, des épines et des stratégies de camouflage pour se protéger, tandis que les prédateurs ont développé des yeux plus performants, des appendices pour la capture et une plus grande mobilité. Cette interaction dynamique aurait accéléré le rythme de l'évolution et de la diversification. 

Chaque cause invoquée n'est certainement pas intervenue seule. On a plutôt dû avoir affaire à l'interaction complexe entre des innovations génétiques, des changements environnementaux et de nouvelles dynamiques écologiques.