寒武纪生命大爆发至今仍被称为古生物学和地质学上的一大悬案，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”。
寒武纪生命大爆发在地层中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。
这些化石群奇迹般地完好保存了诸多生命物种的矿化骨骼，还保存了大量软体组织印痕，如：表皮、触手、纤毛、眼睛、肠、胃、消化腺、口腔和神经等，甚至有的动物消化道里的食物仍可辨认。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。
那么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？其实本文的开头就说了，这至今是一大悬案，也就是说这个谜题到今天还没有解开，但是生物学家们已经提出了种种假说，比如我国考古生物学领域的陈均远研究员提出的寒武纪生物突变具有极明显的自发性进化行为的设想，该假说认为寒武纪早期生命物种突然遇到了极其适宜生存的时期，地球的温度、湿度、气候、含氧量等都非常适合生命物种生存，因此在不同的生态环境中，生命物种也向着不同的形态特征进化发展，门类开始复杂多样，因此呈现了生命物种大爆发的现象。
此外还有多种假说，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。但他以及其他的生物学家们仍然认为，虽然寒武纪生命物种呈现大爆发的现象，但是这些生命物种的祖先仍然是前寒武纪生物。寒武纪动物化石出现的“突然性”和前寒武纪动物化石的缺乏，比较大的可能是由于地质记录的不完全或是由于老地层淹没在海洋中的缘故。
传统和经典的生物学理论仍然认为：生物进化经历了从水生到陆地、从简单到复杂、从低级到高级的漫长的演变过程，这一过程是通过自然选择和遗传变异两个车轮的缓慢滚动逐渐实现的，寒武纪生命大爆发事件并不足以挑战这一进化论思想。