寒武紀生命大爆發至今仍被稱為古生物學和地質學上的一大懸案，當地球進入寒武紀時，生命物種忽然間就繁盛了起來，從5億3000萬年前開始，大約在2000多萬年時間內，門類眾多的節肢、腕足、蠕形、海綿、脊索動物等無脊椎動物化石突然出現，但在早期更為古老的地層中，卻至今沒有找到其祖先化石。因此這段時期內突然出現的生命物種現象，就被古生物學家稱作「寒武紀生命大爆發」，又簡稱「寒武爆發」。
寒武紀生命大爆發在地層中有著充分的證據證明，我國雲南澄江生物化石群，加拿大布爾吉斯生物化石群和凱裡生物化石群，共同構成了世界三大寒武紀頁巖型生物化石群（近期發掘的我國湖北宜昌長陽地區的清江生物化石群也屬於寒武紀生物群）。它們栩栩如生地再現了遠古海洋生命的壯麗景觀和現生動物的原始特徵，以豐富的生物學信息為「寒武紀大爆發」研究提供了直接證據。比如我國雲南澄江生物群化石共120餘種，分屬海綿動物、腔腸動物、腕足動物、鰓曳動物、葉足動物、軟體動物、節肢動物、棘皮動物、脊索動物等十多個動物門，另外還有一些分類位置不明的奇異類群和多種共生的海藻。
這些化石群奇蹟般地完好保存了諸多生命物種的礦化骨骼，還保存了大量軟體組織印痕，如：表皮、觸手、纖毛、眼睛、腸、胃、消化腺、口腔和神經等，甚至有的動物消化道裡的食物仍可辨認。生物學家們對這些動物化石群的不斷挖掘和深入系統研究，探索了無脊椎動物中節肢、螯肢和甲殼等動物的起源，證實了現生動物門和亞門以及複雜生態體系起源於寒武紀早期，挑戰了自下而上倒錐形進化理論模型，為自上而下的爆發式理論模型提供了化石證據。
那麼為什麼到了寒武紀初期，地球生命物種會突然出現爆發現象呢？其實本文的開頭就說了，這至今是一大懸案，也就是說這個謎題到今天還沒有解開，但是生物學家們已經提出了種種假說，比如我國考古生物學領域的陳均遠研究員提出的寒武紀生物突變具有極明顯的自發性進化行為的設想，該假說認為寒武紀早期生命物種突然遇到了極其適宜生存的時期，地球的溫度、溼度、氣候、含氧量等都非常適合生命物種生存，因此在不同的生態環境中，生命物種也向著不同的形態特徵進化發展，門類開始複雜多樣，因此呈現了生命物種大爆發的現象。
此外還有多種假說，也有人認為和某個天體撞擊地球赤道地區造成的環境變化有關。其實這一現象在達爾文的《物種起源》中就提到了，並且他認為這一事實會被用作反對其進化論的證據。但他以及其他的生物學家們仍然認為，雖然寒武紀生命物種呈現大爆發的現象，但是這些生命物種的祖先仍然是前寒武紀生物。寒武紀動物化石出現的「突然性」和前寒武紀動物化石的缺乏，比較大的可能是由於地質記錄的不完全或是由於老地層淹沒在海洋中的緣故。
傳統和經典的生物學理論仍然認為：生物進化經歷了從水生到陸地、從簡單到複雜、從低級到高級的漫長的演變過程，這一過程是通過自然選擇和遺傳變異兩個車輪的緩慢滾動逐漸實現的，寒武紀生命大爆發事件並不足以挑戰這一進化論思想。