Mit dem Einsetzen plattentektonischer Prozesse und Dimensionen, die den heute ablaufenden Vorgängen in etwa ähnlich sind, vollzog sich vor etwa 2,5 Ga (Milliarden Jahren) der Übergang vom Archaikum in das Proterozoikum. Wie schon der Name angibt, gab es in dieser Zeit (diesem "Äon") noch kaum Tiere, zumindest dachte man das früher, als der Name geprägt wurde (siehe jedoch unten). Die Pflanzen hingegen entwickelten sich in dieser Zeit bereits zu höher entwickelten Formen mit Zellkern, Vielzelligkeit und makroskopischen Größen.

Die weitere zeitliche Untergliederung des Proterozoikums in drei Ären und diese weiter untergliedernde Systeme, wie in obiger Tabelle dargestellt, beruht wie im Archaikum noch nicht auf der relativen Datierung durch Leitfossilien (Biostratigraphie), sondern vielmehr auf absoluten Altersdatierungen. Diese nur durch numerische Alter begrenzten Zeiteinheiten wurden aber im Gegensatz zum Archaikum nicht willkürlich gewählt, sondern repräsentieren vielmehr prinzipielle Zyklen von Sedimentation, Orogenesen und Magmatismus (International Stratigraphic Chart der IUGS, 2000). Nach Regionen, in denen die Folgen dieser geologischen Vorgänge besonders gut erschlossen sind, wurden auch die Namen für die System (siehe Abbildung) gewählt.

Leitfossilien und somit eine echte Biostratigraphie gibt es für das Proterozoikum kaum. Nur wenige Autoren versuchen biostratigraphische Gliederung mariner Ablagerungen mit Hilfe von Stromatolithen, Cyanobakterienfäden und Acritarchen.

Plattentektonische Entwicklung:

Im Neoproterozoikum lief der Rodinia(auch Vendium)-Superkontinentzyklus ab. Mit dem beginnenden Zerfall von Rodinia in zahlreiche Einzelkontinente ergaben sich - nach einer Theorie - erhebliche klimatische Konsequenzen (neoproterozoische Vereisung, Schneeball Erde).
Die plattentektonischen Voränge beruhten auf Prinzipien und Krustendicken, die den heutigen Verhältnissen schon sehr ähnlich waren (siehe Plattentektonik im Vergleich).
Mit Beginn des Proterozoikums dürften 50-70 % der heutigen kontinentalen Kruste existiert haben. Generell nahmen die Krustendicken bis zum Neoproterozoikum zu.
Über einen Großteil des Proterozoikums dauerte noch ein weiteres Wachstum der großen Kontinentschilde durch seitliches Angliedern von orogenen Gürteln (z.B. Baltischer Schild) oder Verschmelzen älterer Kerne (z.B. Nordamerika) an.
Vor ca. 1 Ga etablierte sich ein großer Superkontinent (Rodinia), der im Neoproterozoikum dann schon wieder auseinanderfiel. Die Lage dieses Kontinentes, entweder bevorzugt in niederen oder in hohen südlichen Breiten, ist umstritten und einer der Kernpunkte der Diskussionen um die "Schneeball Erde" -Theorie.

Europa und Nordamerika:

Der Baltische Schild wuchs im Verlaufe des Proterozoikums durch mehrere Orogenesen mit Altern von durchschnittlich 2 Ga, 1,8 Ga und 1 Ga nach Süden hin immer stärker an. Bekannteste Gesteine aus dieser Zeit sind die Rapakivi-Granite als postorogene Intrusionen der Svekokareliden (1,5-1,7 Ga). In den Sedimenten der neoproterozoischen Svekonorwegiden sind Vereisungsspuren ("Schneeball Erde") weit verbreitet.
Auch Nordamerika wuchs durch proterozoische Orogenesen zu der Größe, in der es ab dem Kambrium als Kontinent Laurentia plattentektonisch aktiv vor.
Auch in den Meeresbereichen außerhalb der präkambrischen Schilde sind, im Vergleich zum Archaikum, zunehmend Sedimente dokumentiert, die erst in z.T. wesentlich spätere Orogenesen mit einbezogen wurden. In Deutschland befinden sich die mächtigsten aufgeschlossenen präkambrischen Schichtfolgen im Thüringischen Schiefergebirge.

Die Pflanzenwelt:

Im Proterozoikum fand der Übergang von der phytischen Ära des Archäophytikums (mit dominierenden Cyanobakterien) in das Proterophytikum (mit dominierenden eucaryoten Algen, also solchen mit Zellkern) vermutlich vor ca. 2 Ga. Die Entstehung der Eucaryota geschah wohl durch Vereinigungung verschiedener prokaryontischer Zellen (Endosymbionten-Theorie).
Bei diesem Zeitpunkt (2 Ga) ist ein Zusammenhang zwischen der starken Zunahme der Sauerstoffproduktion (Great Oxidation event) und der Entstehung der Eucaryota, welche eine vielfach höhere Energieausbeute als Procaryota haben, offensichtlich. Erste - als solche noch fragliche - Einzeller mit Zellkern (Eucaryota) sind bereits aus dem 2,2 Ga alten Gunflint Chert (Australien) beschrieben worden.
Wichtigste Gruppe waren die Acritarchen (erste Nachweise ab 1,9 Ga) mit im Neoproterozoikum stark zunehmender Diversität und einschneidendem Aussterbeereignis kurz vor Beginn des Kambrium. Sichere Grünalgen (Prasinophyceen) sind seit 1,7 Ga bekannt. Im Neoproterozoikum fand auch schon eine rapide Entwicklung von tangähnlichen Makroalgen in den Flachmeeren statt, berühmte Funde kommen v.a. aus China.

Die Tierwelt:

Die Entwicklung erster (noch hartteilloser) vielzelliger Tiere ist durch Spurenfossilien bei etwa 1 Ga nachgewiesen. Dies dürften wurmartige Tiere gewesen sein. Seitdem dokumentiert eine ständige Diversifizierung der Spurenfauna eine allmähliche Entwicklung der Metazoen (vielzellige Tiere).
Etwa vor 650-600 Ma waren erste Makrofaunen mit erhaltenen Körpermerkmalen (nicht nur Spuren) weltweit verbreitet: Die Ediacara-Fauna, ausschließlich mit Abdrücken der Weichteile und noch ohne Hartteile. Ihre systematische Zugehörigkeit ist umstritten, einige Formen mögen zu den Coelenteraten, Anneliden oder Arthropoden gehört haben.
Im allerjüngsten Proterozoikum gelangen jüngst auch schon Erstnachweise einiger heute noch existierender Tierstämme, besonders noch hartteiloser Anneliden, auch von Schwämme. Hinzu kommen wenige sehr kleine hartschalige Fossilien von röhrenförmiger Ausbildung, allerdings ebenfalls unsicherer systematischer Stellung.
Bei vielen Gruppen fand im Zuge der neoproterozoischen Vereisungen ("Schneeball Erde") ein Massenaussterben statt. Nach einigen Autoren war die hiermit verbundene Klimainstabilität einer der Gründe für die darauf folgende "Kambrische Explosion" der Tierwelt.

Die evolutiven Abläufe auf dem Planeten Erde im Gesamtzusammenhang.