從寒武紀到奧陶紀有許多動物門類首次出現並迅速分化，而棘皮動物門（Echinodermata）演化至今是其中的一個大家族。今天的海星、海膽、海參，這些現生棘皮動物的祖先，牠們大多可以追溯到古生代早期。當時棘皮動物的演化速度極為驚人，於短短數千萬年間，在系統發育與形態結構上都出現了高度的分化，最終產生約 20 個綱與數十個目，涵蓋所有現生棘皮動物的主要身體型態，以及大量如今已滅絕的特殊構型。這種快速的多樣化代表著棘皮動物在演化史早期就進行了大量實驗性的形態創新。

拱頂巴哈姆特蝦復原圖（圖片來源：Hugo Salais，採用  CC BY-NC-ND 4.0  授權） 年代 寒武紀（烏溜期與鼓山期之間） 506 Ma 生物學分類 界：動物界 Animalia 門：節肢動物門 Arthropoda 目：膜蝦目 Hymenocarina...

雲南火把蟲復原圖（圖片來源：Qohelet12，採用  CC BY-SA 4.0  授權） 年代 寒武紀（「第三期」） 521-514 Ma 生物學分類 界：動物界 Animalia 演化支：泛節肢動物 Panarthropoda 演化支：有爪動物幹群 stem group...

寒武紀大爆發（圖片來源：Smithsonian Institution， CC0 1.0  公共領域） 在動物的演化史中，寒武紀大爆發堪稱其中最重要、最引人入勝的時期。大爆發的發現源於早期對地層化石的研究，當時人們驚訝地發現，寒武紀地層中突然出現了大量豐富多樣的動物群化石，與前一時期的地層相比，這是一個極其戲劇性的轉變，也展開了顯生宙時代。早在18世紀，古生物學家威廉·布克蘭就曾談論過這一現象，連達爾文在《物種起源》中也提到，他對這一時期動物物種大量擴增的情況感到不解。 寒武紀早期的化石特徵顯示，動物的對稱性、肢體結構、內臟結構等更加細緻，更貼近現代動物的形態。一些物種的體型也呈現增大的趨勢，生態系統逐漸變得更加複雜，開始出現鑽入泥沙的穴居動物。此外，具有硬組織（如骨骼、外殼等）的動物數量增加，有助於化石的保存。痕跡化石也顯示出動物活動、棲息所遺留的痕跡比先前紛繁。現今有非常多的動物門（animal phyla）可能都是起源於寒武紀，因此有不少寒武紀之後出現的動物能夠被安排在與現今動物有關的歸類中，甚至是該類別中的幹群。

卡布里耶生物復原圖（圖片來源：Christian McCall ，採用  CC BY 4.0  授權） 化石庫是留存豐富生物化石的沉積岩床，也時常保有動物的軟組織化石，由於生物物種豐富，因此可以窺探該地區當時的古生物生態系。現今所發現的寒武紀至奧陶紀化石庫幾乎都是當時熱帶與溫帶氣候的區域，而古生代早期極圈以內的化石庫出土甚少，因此到此我們對於寒武紀—奧陶紀的極圈生物生態瞭解不多。 這次在法國南方的黑山發現了早奧陶紀的化石庫，在奧陶紀時期地理位於南極圈之內，稱作卡布里耶生物群（Cabrières Biota）。該區域在早奧陶紀是毗鄰岡瓦納大陸的一片南極海域，地層為蘭德伊蘭層（Landeyran formation），屬於奧陶紀的弗洛期，此地層呈現的是當時的離岸海洋生態。

稀有怪誕蟲 (Hallucigenia sparsa) （圖片來源：Jose manuel canete，採用  CC BY-SA 4.0  授權） 在演化上，節肢動物門、有爪動物門、緩步動物門、線蟲動物門、線形動物門、鎧甲動物門、動吻動物門、鰓曳動物門皆由蛻皮動物所發展出...