Einteilung des Kambriums in die drei Serien Unter-, Mittel- und Oberkambrium (mit absoluten Datierungen, nach International Stratigraphic Chart der IUGS, 2000). Die Untergliederung in Stufen ist international noch nicht gültig geregelt.

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Plattentektonische Entwicklung:

Der Rodinia-Superkontinentzyklus nähert sich mit dem Zerfall von Rodinia in zahlreiche Einzelkontinente seinem Ende. Die meisten Kratone lagen in äquatornaher Position: Nordamerika (Laurentia), Sibiria, große Bereiche von Gondwana (Ur-Südkontinent). Nordosteuropa (Baltica oder Fennosarmatia) lag noch in höheren südlichen Breiten, südlich von Nordamerika, zwischen beiden Kontinenten der Iapetus-Ozean. Ein Inselbogen (Taconischer Bogen) näherte sich Nordamerika von Süden. Der Iapetus- und der Ural-Ozean verbreiterten sich zu dieser Zeit noch durch Krustenproduktion an mittelozeanischen Rücken (rote Linien).

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Das Kambrium war eine Phase starken weltweiten Meeresspiegelanstieges, im Einzelnen durch kleinere Re- und Transgressionen gegliedert. Klimatisch lag fiel die Zeit in den Übergang von einer langfristigen Icehouse- zu einer langfristigen Greenhouse-Ära. Es gab keine ausgeprägten Vereisungen mehr, außer evtl. noch ganz zu Anfang.

Die Temperaturen waren höher als heute. Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre lag ungefähr in der gleichen Größenordnung, der CO2-Gehalt stieg durch verstärkte vulkanische Entgasung (Zerfall von Rodinia, Produktion ozeanischer Kruste) bis zum 18fachen des heutigen Wertes. Durch die hohen Temperaturen bedingt (aber auch im Zusammenhang mit paläogeographischen Faktoren) war das Kambrium eine Zeit maximaler weltweiter Evaporitbildung.

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Europa und Nordamerika:

Im Gebiet der späteren kaledonischen Gebirgsbildung erweiterte sich der Iapetus-Ozean zwischen Laurentia und Fennosarmatia. Auf beiden Seiten wurden randlich flachmarine Sedimente abgelagert. Zu Verfaltungen kam es noch kaum (Nordnorwegen). Der Südrand des Baltischen Schildes wurde durch die kambrische Transgression überflutet. Es kam anfangs zur Sedimentation vor allem von Sandsteinen (u.a. Scolithos-Sandstein, häufiges pleistozänes Geschiebe), später von Kalken und Alaunschiefern.
In den mitteleuropäischen Senkungszonen wurden in dem damaligen Meeresgebiet zwischen Baltica und Gondwana (Rhea-Ozean) unterschiedlichste marine Gesteine abgelagert, teils küstenfern, teils küstennäher, auch Archaeocyathidenkalke.
Das paläogeographische Bild wird durch die zahlreichen perdigondwanischen Terranes in diesem Gebiet erheblich kompliziert. Eines davon war die "Allemanisch-Böhmische Schwelle". Nördlich davon lag der noch kaum bekannte, da tief unter mächtigem Deckgebirge verborgene Törnquist-Ozean ("norddeutsche Kaledoniden").

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Die Pflanzenwelt:

Im Kambrium findet die phytische Ära des Proterophytikums ihre Fortsetzung. In den Flachmeeren gab es eine reiche Lebewelt verschiedenster, z.T. schon hoch entwickelter vielzelliger Algen mit Zelldifferenzierung ("Thallophyten") wie Rotalgen, Grünalgen (Dasycladaceen, Codiaceen), Braunalgen usw, auf den Kontinenten aber vermutlich nur Bakterien und Pilze, evtl. schon Moose (?), aber wohl noch keine Gefäßpflanzen.

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Die Tierwelt:

Auf den Kontinenten gab es noch keine Tiere.
Im flachmarinen Bereich ereignete sich die kambrische Explosion der wirbellosen Tiere mit rapide steigender Diversität und der Entwicklung vieler dann später im Verlaufe des Altpaläozoikums wieder ausgestorbener Großgruppen (Experimentierphase des Kambrium, kambrische Fauna, bekannt v.a. durch die Burgess-Schiefer und die Chenjiang-Schichten).
Das Kambrium war die Hauptphase der Trilobiten, mit steigender Diversität in seinem Verlauf und Höhepunkt im Oberkambrium. Sie waren die Orthostratigraphen (Hauptleitfossilien) des Systems. Am Ende stand ein mehrphasiges Aussterben innerhalb einiger Familien.
Brachiopoden gehören zu den ältesten fossil belegten Metazoen, nachgewiesen schon ab dem unteren Unter-Kambrium und somit vor den ersten Trilobiten. Vorläufer, noch ohne Hartschale, waren damit wahrscheinlich schon im späten Präkambrium existent. Im Kambrium dominierten die Inartikulaten mit chitinphosphatischer Schale, mit einer Radiation im unteren Kambrium. Auch erste Artikulaten (alle mit Kalkschale und Schloss, Orthiden und Pentameriden) entwickelten sich.
Im Oberkambrium finden sich allererste Korallen. Auch die ältesten Gastropoden stammen aus dem oberen Kambrium. Ihr Ursprung ist umstritten, wird jedoch heute meist bei den Monoplacophoren gesehen. Die Bellerophontiden, planispirale Formen des Paläozoikums, werden teils als die primitivsten Schnecken, teils als Monoplacophoren gedeutet.
Auch die ältesten Cephalopoden sind bereits aus dem Kambrium beschrieben: Sehr einfach gebaute, primitive Nautiloideen mit gekammertem, gestrecktem Gehäuse und zentralem Sipho.
Einige primitive Echinodermengruppen (noch ohne fünfstrahliges Ambulakralsystem) kamen bereits seit dem Mittelkambrium vor, erlangten jedoch noch kaum Bedeutung.
Die Graptolithen begannen im Ober-Kambrium mit sessilen, buschförmigen Dendroidea (mit bimorphen Theken), die mehr oder weniger unverändert bis ins Karbon reichten.
In den letzten Jahren sind erste primitive Wirbeltiere schon aus dem Kambrium bekannt geworden.