地球生物群的第一次重大转折，发生距今大约5.4亿年前的寒武纪，当地球进入寒武纪时，生命物种忽然间就繁盛了起来。
从5亿3000万年前开始，大约在2000多万年时间内，门类众多的节肢、腕足、蠕形、海绵、脊索动物等无脊椎动物化石突然出现，但在早期更为古老的地层中，却至今没有找到其祖先化石。因此这段时期内突然出现的生命物种现象，就被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”，又简称“寒武爆发”。
有着充分的证据证明，我国云南澄江生物化石群，加拿大布尔吉斯生物化石群和凯里生物化石群，共同构成了世界三大寒武纪页岩型生物化石群（近期发掘的我国湖北宜昌长阳地区的清江生物化石群也属于寒武纪生物群）。
它们栩栩如生地再现了远古海洋生命的壮丽景观和现生动物的原始特征，以丰富的生物学信息为“寒武纪大爆发”研究提供了直接证据。比如我国云南澄江生物群化石共120余种，分属海绵动物、腔肠动物、腕足动物、鳃曳动物、叶足动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物、脊索动物等十多个动物门，另外还有一些分类位置不明的奇异类群和多种共生的海藻。
生物学家们对这些动物化石群的不断挖掘和深入系统研究，探索了无脊椎动物中节肢、螯肢和甲壳等动物的起源，证实了现生动物门和亚门以及复杂生态体系起源于寒武纪早期，挑战了自下而上倒锥形进化理论模型，为自上而下的爆发式理论模型提供了化石证据。
为什么到了寒武纪初期，地球生命物种会突然出现爆发现象呢？
生物学家们已经提出了种种假说，研究人员根据西伯利亚寒武纪早期碳酸盐岩地层的碳、硫同位素研究，发现大气与海洋中的含氧量变化，与寒武纪生命大爆发的时间高度一致；地球生物化学循环模型表明，海水中碳、硫的同位素偏重时，说明有机碳与黄铁矿埋藏量增加，使得氧气产生增加，反之氧气含量降低；
研究人员发现在距今5.24~5.14年间，正好处于寒武纪爆发的高峰期，此时海水中碳和氧同位素与动物化石多样性变化高度吻合，并有多达五次的同步变化。
同时，在距今5.14年左右，碳和氧的同位素异常偏低，说明氧气含量急剧降低，此段时间正好爆发了全球性的寒武纪生物群大灭绝事件。
也有人认为和某个天体撞击地球赤道地区造成的环境变化有关。其实这一现象在达尔文的《物种起源》中就提到了，并且他认为这一事实会被用做反对其进化论的证据。
