הפיצוץ הקמבריוני החל לעורר הדים בעקבות עבודתו של הארי ויטינגטון ועמיתיו, אשר ניתחו מחדש מאובנים רבים במהלך שנות ה-70, והסיקו כי חלקם היו מורכבים אך שונים מכל בעל חיים שקיים היום. האורגניזם הנפוץ ביותר, "Marrella", היה בבירור פרוק רגליים, אבל לא שייך לאף קבוצת פרוקי רגליים ידועה. אורגניזמים כגון ה-"Opabinia" בעלת 5 העיניים ו-"Wiwaxia" דמוי השבלול הקוצני, היו כל כך שונים מכל יצור ידוע, עד שצוותו של ויטינגטון הניח כי הם שייכים למערכה נפרדת, אשר מזכירה רק במעט את בעלי החיים המוכרים כיום. סטיבן ג'יי גוּלד, בספרו מ-1989 "חיים מופלאים", העלה את הנושא למודעות הציבור והעלה שאלות לגבי מה מייצג הפיצוץ. ויטינגטון וגולד, למרות השוני הרב בין התאוריות שלהם, הסכימו כי כל בעלי החיים המודרניים הופיעו לפתע. תפיסה זו הושפעה מתיאורית שיווי המשקל המקוטע, אשר פותחה על ידי אֶלדרידג' וגולד בשנות ה-70 המוקדמות, אשר מציגה את האבולוציה כמרווחי זמן ארוכים של כמעט קיפאון אשר "מקוטע" על ידי תקופות קצרות של שינוי מהיר.
ניתוחים אחרים, חלקם מראשית שנות ה-70 וחלקם חדשים יותר, טוענים כי בעלי חיים מורכבים אשר דומים לסוגים המודרניים התפתחו הרבה לפני תחילת הקמבריון. יש גם ויכוח סוער אם אכן היה "פיצוץ" אמיתי של צורות חיים מודרניות במהלך הקמבריון, ואם אכן היה - כיצד זה קרה, ומדוע דווקא אז.
סוגי ראיות.
הבנת האירועים שהתרחשו לפני כחצי מיליארד שנה היא קשה, מכיוון שהראיות מגיעות רק מחתימות ביולוגיות וכימיות בסלעים, ומעט מאוד ממאובנים.
תיארוך הקמבריון.
תיארוך רדיומטרי של רוב הקמבריון, אשר מתקבל על ידי ניתוח מפורט של יסודות רדיואקטיביים בתוך סלעים, נעשה זמין לאחרונה בלבד, וגם לאזורים ספציפיים בלבד.
תיארוך יחסי (אירוע א' קרה לפני אירוע ב') הוא לעיתים קרובות מספיק לצורך לימוד תהליכי האבולוציה, אך גם השיטה הזו קשה לשימוש, בשל הבעיות הכרוכות בהתאמת סלעים בני אותו גיל על פני יבשות שונות. על כן יש להתייחס בזהירות מסוימת לתאריכים ולתיאור רצף האירועים בקמבריון, עד שנתונים טובים יותר יהיו זמינים.
מאובני גוף.
מאובני גוף של יצורים הם בדרך כלל ראיות אינפורמטיביות ביותר. התאבנות הוא אירוע נדיר, ורוב המאובנים נהרסים על ידי סחיפה או שינוי צורה לפני שניתן לצפות בהם. לפיכך תיעוד המאובנים הוא חלקי, ונהיה חלקי עוד יותר ככל שהולכים אחורה בזמן. למרות זאת, לעיתים קרובות הם מספיקים כדי לצייר באופן רחב את מהלך ההיסטוריה של החיים. יש גם חוסר אחידות בתיעוד המאובנים: סביבות מסוימות מאפשרות שימור סוגי אורגניזמים שונים או חלקי אורגניזמים באופן מוצלח יותר או פחות. יתר על כן, רק חלקים של אורגניזמים אשר כבר עברו מינרליזציה נשמרים בדרך כלל, כגון קונכיות של רכיכות. מכיוון שרוב מיני בעלי חיים הם בעלי גוף רך, הם נרקבים לפני שהם מספיקים להתאבן. כתוצאה מכך, אף על פי שיש מעל ל-30 מערכות של בעלי חיים, שני שלישים מהם לא נמצאו מעולם כמאובנים.
מאובנים מתקופת הקמבריון כוללים מספר גבוה במיוחד של שכבות אשר שימרו את הרקמות הרכות. מאובנים מסוג זה מאפשרים לפלאונטולוגים לבחון את האנטומיה הפנימית של בעלי החיים, אשר מיוצגים במשקעים אחרים על ידי קונכיות ועצמות בלבד - אם בכלל.
הממצאים המשמעותיים ביותר מתחילת הקמבריון מגיעים מאתר המאובנים בצ'נגג'יאנג וממקומות נוספים במחוז יונאן בסין ומגרינלנד. ממצאי הקמבריון התיכון מגיעים בעיקר מפצלי ברג'ס שבקולומביה הבריטית, קנדה, וממצאי הקמבריון המאוחר מגיעים בעיקר משוודיה.
על אף שימור הרקמות הרכות במאובנים מתקופת הקמבריון, הם רחוקים מלהיות שלמים. מאחר שמאובנים כאלו מוגבלים לטווח צר של סביבות (בהן אורגניזמים בעלי רקמות רכות נשמרים במהירות, למשל על ידי מפולות בוץ), רוב בעלי החיים כנראה לא מיוצגים על ידי מאובנים. יתרה מזאת, התנאים יוצאי דופן שיוצרים מאובנים מסוג זה כנראה אינם מייצגים מצב של חיים נורמליים. בנוסף, האתרים המכילים מאובנים כאלו מתקופת הקמבריון הם נדירים וקשה לתארך אותם, בעוד אתרי מאובנים מתקופות פרה-קמבריוניות טרם נלמדו לפרטי פרטים.
דלילות של מאובנים, משמעותה בדרך כלל שהאורגניזמים היו קיימים הרבה לפני תיארוכם לפי המאובנים - אפקט זה נקרא אפקט סיניור-ליפס.
עקבות מאובנות.
עקבות מאובנות מורכבות בעיקר ממסלולי הליכה ומשאריות עור, אבל גם מצואה מאובנת ומסימנים שנותרו כתוצאה מאכילה. מאובני עקבות מהווים ראיות משמעותיות במיוחד, שכן הם מייצגים מקור נתונים שאינו מוגבל לבעלי חיים בעלי חלקים קשים שמתאבנים בקלות, וכן הם משקפים את התנהגותם של האורגניזמים. בנוסף, מאובני עקבות מתוארכים לתקופות מוקדמות בהרבה ממאובני הגוף של בעלי החיים, אשר יכלו ליצור את העקבות הללו. בעוד שיוך של עקבות לבעל חיים ספציפי באופן מדויק הוא בדרך כלל בלתי אפשרי, עקבות יכולות למשל לספק את הראיות הפיזיות המוקדמות ביותר לבעלי חיים מורכבים (בדומה לשלשולים).
תצפיות גיאוכימיות.
מספר סמנים כימיים מצביעים על שינוי דרסטי בסביבה באזור תחילת הקמבריון. הסמנים עולים בקנה אחד עם הכחדה המונית, או עם התחממות מסיבית כתוצאה משחרורו של מתאן קפוא. שינויים כאלה עשויים להעיד על סיבת הפיצוץ הקמבריוני, אף על פי שהם עשויים היו לקרות גם כתוצאה מהגברת הפעילות הביולוגית - תוצאה אפשרית של פיצוץ. על אף אי הוודאות, ראיות גאוכימיות מסייעות למדענים להתמקד בתאוריות אשר מתאימות לפחות לאחד מהשינויים הסביבתיים הללו.
טכניקות פילוגנטיות.
קלדיסטיקה היא טכניקה ליצירת "עץ המשפחה" של קבוצת אורגניזמים. הרעיון הוא שאם לקבוצות B ו-C יש קווי דמיון רבים יותר בינם לבין עצמם מאשר יש לכל אחד מהם עם קבוצה A, אז B ו-C יותר קרובים זה לזה מאשר כל אחד מהם ל-A. המאפיינים המושווים עשויים להיות אנטומיים, כגון נוכחות של מיתר גב, או מולקולריים, על ידי השוואת רצפים של דנ"א או של חלבונים. ניתוח מוצלח מניב היררכיה של ענפים - קבוצות שלחבריהן היה, ככל הנראה, אב קדמון משותף. הטכניקה הקלדיסטית היא בעייתית לפעמים, מאחר שתכונות מסוימות, כגון כנפיים או עיני מצלמה, התפתחו יותר מפעם אחת (ראו אבולוציה מתכנסת), ויש לקחת זאת בחשבון בעת ניתוח הראיות.
ממערכות היחסים, ייתכן שניתן יהיה להגביל את מועד היווצרות השושלת. למשל, אם המאובנים של B או C מתוארכים ללפני X מיליון שנה, ו"עץ המשפחה" המחושב מצביע כי A הוא אב קדמון משותף של B ו-C, אז בהכרח ש-A התפתח לפני יותר מ-X מיליון שנה.
כמו כן ניתן להעריך לפני כמה זמן התפצלו שני ענפים - כלומר לפני כמה זמן חי האב הקדמון המשותף האחרון שלהם - על ידי ההנחה כי מוטציות בדנ"א נוצרות בקצב קבוע. "שעונים מולקולריים" אלו עלולים לטעות, ומספקים תיארוך משוער בלבד: הם אינם מדויקים מספיק או אמינים להערכת התיארוך של הופעתן לראשונה של קבוצות בפיצוץ הקמבריוני. עם זאת, השעונים יכולים לתת אינדיקציה לשיעור ההסתעפות. בשילוב עם האילוצים מרשומות המאובנים, שעונים שנמדדו לאחרונה מצביעים על תקופה מתמשכת של גיוון בין האדיקר והקמבריון.
הסבר על מספר מונחים מדעיים.
מערכה היא הרמה הגבוהה ביותר בטקסונומיה לסיווג אורגניזמים על פי קארולוס ליניאוס. ניתן לחשוב על מערכות כעל קבוצות של בעלי חיים המחולקות לפי תוכנית גוף כללית. למרות השוני הרב לכאורה בחזות החיצונית של אורגניזמים שונים, הם מסווגים למערכות על בסיס הארגון פנימי וההתפתחותי שלהם. לדוגמה, על אף ההבדלים הברורים ביניהם, עכבישים וזיפרגליים שייכים לאותה מערכה פרוקי-רגליים, אבל שלשולים ושרשורים, על אף הדמיון בצורתם החיצונית, שייכים למערכות שונות.
מערכה איננה חלוקה בסיסית של הטבע, כמו ההבדל בין אלקטרונים לפרוטונים. אלא היא חלוקה לקבוצות ברמה גבוהה מאוד, באמצעות מערכת סיווג שנוצרה כדי לתאר את כל היצורים החיים כיום. שיטת חלוקה זו איננה מושלמת, אף לא לבעלי החיים המודרניים: ספרים שונים מציינים מספר מערכות שונה, בעיקר מהסיבה שהם אינם מסכימים על סיווגם של מספר עצום של מינים דמויי תולעת. מאחר שהשיטה מבוססת על היצורים החיים כיום, היא מתאימה באופן חלקי בלבד ליצורים שנכחדו, אם בכלל.
הרעיון של שושלת אבולוציונית הוצג כדי להגדיר את הקונספט של "דודים" ו"בני דודים" אבולוציוניים של קבוצות בעלי החיים החיות כיום. קבוצת מינים היא קבוצה של בעלי חיים קרובים אבולוציונית, הכוללת גם את האב הקדמון המשותף האחרון שלהם וכן את כל צאצאיהם. שושלת אבולוציונית היא אוסף כל שלוחות האבות הקדמונים, אשר מתוארכים מוקדם יותר מאשר האב הקדמון המשותף האחרון של קבוצת המינים. זהו מושג יחסי, למשל: דובוני מים הם קבוצת בעלי חיים המהווים קבוצת מינים בפני עצמם, אבל באד (1996) התייחסו אליהם גם כאל שושלת אבולוציונית יחסית של פרוקי הרגליים.
טריפלובלסט הוא שלב מוקדם מאוד בהתפתחות העובר, אשר במהלכו העובר מורכב ממעין פלטה תלת-שכבתית. השכבה הפנימית ביותר מהווה את מערכת העיכול (המעיים), השכבה החיצונית ביותר מהווה את העור, ומהאמצעית ייווצרו השרירים וכל האיברים הפנימיים, למעט מערכת העיכול. רוב סוגי בעלי החיים הקיימים כיום עוברים את השלב הזה במהלך ההתפתחות העוברית - יוצאי הדופן הידועים ביותר הם הספוגיים והצורבים (מדוזות, שושנות ים וכו').