チャールズ・ダーウィンは、自己の進化論の中で、生物進化がゆっくりと進んできたはずであることを説いたが、そうであれば、先カンブリア時代からは様々な化石が出るべきであって、それが出ないことを謎だと述べている。
このことを説明するために、「その時代の地層が何らかの理由で欠失している」「多細胞動物の祖先が化石になりにくい生活をしていた」「ごく小形で軟体性であったので化石にならなかった」など様々な考えが提示されてきた。
発展.
しかし、その後の研究で先カンブリア時代の化石が次第に発見され、カンブリア紀の化石産地も新たに調査が行われた結果、謎はさらに深まってきた。
先カンブリア時代の化石からはその時代に様々な大型生物がいた。しかし、エディアカラ生物群に見るように、それらが必ずしも先祖的多細胞動物には見えないことが判明した。それらを現在の生物とはまったく異なる系統のものと考える説すらあり、仮にそれらを現在の動物につながるものと見なしたにせよ、カンブリア紀の多様性とは似つかないものである。
また、カンブリア紀の化石については、バージェス動物群の見直しや新たな化石群の研究から、その多様性の高さがより明らかとなり、それまではもっと後になって出現したと考えられていた脊索動物など（魚類を含む）の化石までが発見された。今では、動物については、苔虫動物門を除くすべての動物門がカンブリア紀に出現した可能性があり、しかも現在の所、これらの先祖をさかのぼることが出来ていない。
カンブリア爆発の原因.
従来、「カンブリア大爆発」は、カンブリア初期に一斉に生物の体制が出そろった現象と説明されてきた。これはスティーヴン・ジェイ・グールドに依るところが大きい。グールドはカンブリア紀に異質性（生物の体制の種類）が爆発的に増加し、その後は減少に向かっていると主張した。彼によればこれは偶然か、自然選択では説明できない何らかのメカニズムが存在することになる。