寒武紀早期
在寒武紀早期出現了貝類生物，這些貝類生物明顯分成兩大族群：一種是古杯動物的貝殼，多為有孔的圓錐形；以及被稱為「小型貝類化石」，僅有0.2英寸大小且多樣化的堅硬圓錐形外殼。除此之外，還有各種尖刺、釘子與鱗片狀的化石，這些外殼應能提供相當的保護作用，這表示當時生命的處境較過去艱難危險，全球性的生存競爭已經就此展開。
寒武紀中期
到了寒武紀中期，先前出現的軟體動物與腮足類動物此時仍繼續發展，但有一種革命性的重要生物出現在當時的海洋─皮凱魚，皮凱魚是一種連頭部都尚未分化，身長僅2英寸的多足動物，但是仔細觀察發現這種被壓在柏吉斯頁岩中的動物擁有脊索動物的種種特徵，它有延長的脊索、背部的神經脊柱，以及沿著身體兩側分布的肌肉組織，這些都是脊椎動物演化的特徵，換句話說，皮凱魚有可能是所有魚類、爬蟲類、鳥類、哺乳類等脊椎動物的始祖。令人訝異的是，就算到了現代，類似皮凱魚的脊索動物依然存在著，那就是─文昌魚，這種怪異的小動物在皮凱魚化石尚未被發現之前，就被生物學家們所熟知。文昌魚的型態是現存最接近脊索動物的，既然文昌魚是較先進的脊索動物，其他活化石動物如海鞘與筆石類動物，就相對較為低等，它們被稱為半索動物，因為它們只有在生命的前半期(幼蟲期)才會出現脊索狀的器官。在整個寒武紀時期，三葉蟲是一個相當繁盛且成功的族群，最早的三葉蟲出現於五億四千五百萬年前，它們是最早的節肢動物之一，也是最早發展出外骨骼的的動物之一。寒武紀中期到寒武紀晚期，數目眾多的古杯動物開始消失，其他更完美、更具侵略性的掠食動物則不斷進化，例如奇異蝦與甘拉蝦這兩種生物，它們都具有強有力、可咀嚼物體的嘴，能將獵物一口吞下。包括三葉蟲在內的節肢動物是此時期最常見的海洋生物，而且族群愈來愈龐大，其中很多都擁有保護身體的硬甲，以保護自己避免被掠食者攻擊。到最後，這些節肢動物消失，但硬殼的主要成分成為海水中碳酸鹽與磷酸鹽的重要來源。
