Kembrija perioda sākumā, salīdzinoši īsā ģeoloģiskajā laika posmā (20–25 miljoni gadu), parādījās liela daļa mūsdienu dzīvnieku tipu. Šajā laikā ievērojami pieauga organismu daudzveidība un sarežģītība, īpaši jūras vidē.

Kembrija sprādzienu izraisīja daudzu apstākļu kopums. Galvenie cēloņi ir:

1. skābekļa pieaugums Zemes atmosfērā un okeānos;
2. ģenētiskas izmaiņas;
3. plēsēju un to medījumu dažādošanās un attīstība;
4. minerālvielu pieaugums okeāna ūdenī;
5. klimata stabilizācija.

Kembrija sprādziens galvenokārt attiecās uz okeānu dzīvniekiem, jo uz sauszemes dzīvība praktiski nepastāvēja. Ediakara fauna bija ar mīkstu ķermeni, lēni augoši organismi, kas apdzīvoja ļoti vienkāršas ekosistēmas. Barības ķēdes bija vienkāršas, nebija aktīvu plēsēju, dominēja baktērijas, vienšūnas eikarioti un sīki daudzšūnu organismi. Pirms kembrija perioda skābekļa līmenis uz Zemes bija zems. Bez pietiekama skābekļa daudzuma nevarēja pastāvēt organismi ar sarežģītu uzbūvi. Proterozoja beigās notika skābekļa līmeņa pieaugums. Pietiekams skābekļa daudzums ļāva attīstīties aktīvai vielmaiņai, energoietilpīgiem audiem un uzturēt lielākus ķermeņa izmērus. Uzskata, ka ap kembrija sprādziena laiku ap Zemi veidojās ozona slānis, kas pasargāja dzīvību no ultravioletajiem (UV) stariem un deva papildu iespēju attīstīties sarežģītiem organismiem. Jaunu organismu izveidē īpaša nozīme bija tā saucamajiem hox (homeobox) gēniem. Šie gēni noteica dzīvnieku pamatstruktūru (piemēram, ķermeņa segmentācijas un ekstremitāšu) attīstību un izvietojumu. Visticamāk, šie gēni pastāvēja arī iepriekš, bet kembrija sākumā veidojās labvēlīgi apstākļi, to darbība kļuva aktīvāka. Izteiktas bija gēnu ekspresijas. Dažādi gēni aktivizējās dažādās organisma daļās, nevis visā organismā vienlaikus, veidoja ķermeņu formu, struktūru un jaunas kombinācijas. Kembrija sprādziena laikā notika pāreja no sēdoša vai mazkustīga dzīvesveida uz aktīvām kustībām. Daudziem organismiem parādījās muskuļi, koordinētas kustības un spēja mainīt kustības virzienu. Daudziem organismiem varēja izšķirt priekšpusi (galva) un aizmuguri (aste). Izveidojās divpusējā (bilaterālā) simetrija, kas bija milzīgs lēciens dzīvnieku evolūcijā. Parādoties pirmajiem aktīvajiem plēsējiem, sākās evolūcijas ķēdes reakcija. Plēsējiem attīstījās izteikta redze, kustības, žokļi, sajūtu orgāni un citi pielāgojumi. Upuriem attīstījās aizsargstruktūras, spēja ierakties gruntī un maskēšanās prasmes. Dzīvniekiem strauji kustoties, bija nepieciešama labāka redze, ķīmiskās, līdzsvara un taustes sajūtas. Pat primitīvas acis ievērojami uzlaboja izdzīvošanas iespējas. Šāda attīstība strauji palielināja organismu daudzveidību. Kad okeānos palielinājās kalcija karbonāta un kalcija fosfāta daudzums, daļa organismu pielāgojās un sāka veidot cietus kalcija karbonāta vai kalcija fosfāta ārējos skeletus. Šādi skeleti labāk par mikroadatu (spicula) skeletu pasargāja no plēsējiem un ļāva ātri kustēties.

Kembrija sprādziena laikā notika ne tikai bioloģiskas, bet arī ekoloģiskas pārmaiņas. Kembrijā klimats stabilizējās, veidojās seklas jūras, kurās bija daudz barības vielu. Tas sekmēja jaunu, sarežģītu ekosistēmu veidošanos. Veidojās jaunas dzīvotnes un ekoloģiskās nišas. Ja pirms kembrija sprādziena organismi apdzīvoja tikai jūras gultnes virsmu, tad turpmāk dzīvnieki veidoja alas gruntī, dzīvoja nogulumos, virs substrāta, ūdens slānī un pie ūdens virsmas.

Daži zinātnieki izšķir trīs kembrija sprādziena posmus: 1. posmā ietilpst ediakara un kembrija robeža, kad notika biomineralizējošo un alas veidojošo dzīvnieku dažādošanās. 2. posms atbilst gliemju (Mollusca) un cilmes grupas pleckāju (Brachiopoda, Hyolitha, Tommotiida) izplatīšanās procesam, kas, iespējams, notika plūdmaiņas zonas ūdeņos. 3. posmā lielā mērā notika dziļūdens trilobītu (Trilobita) dažādošanās un tikai nelielas izmaiņas plūdmaiņas zonu apdzīvojošajiem trilobītiem. 

Kembrija sprādziens nebija tikai straujš jaunu dzīvības formu parādīšanās laiks. Tā rezultātā būtiski mainījās Zemes biosfēra un sākās organismu evolucionāra dažādošanās, kas noteica dzīvnieku attīstības pamatvirzienus. Evolūcija kļuva ātrāka un dinamiskāka. Kembrija sprādziena laikā veidojās lielākā daļa mūsdienu dzīvnieku tipu: zarndobumaiņi (Cnidaria), moluski, hordaiņi (Chordata), posmkāji (Arthropoda), adatādaiņi (Echinodermata), koraļļi (Anthozoa), sūkļi (Porifera) un citi. Uzskata, ka trilobīti bija viena no daudzveidīgākajām dzīvnieku grupām. Šobrīd zināmas ap 20 000 trilobītu sugas. Trilobīti dominēja kembrija periodā. Pirms kembrija sprādziena dzīvība bija vienkārša. Bija vienšūņi ar mīkstu ķermeni, daudzšūnu organismi bez cieta skeleta un ar ierobežotām kustībām. Gēnu ekspresijas rezultātā notika nelielas mutācijas, kas radīja milzīgas morfoloģiskas izmaiņas, veidojās sarežģīta ķermeņa uzbūve. Dzīvniekiem pārejot uz kustīgāku dzīvesveidu, radās nepieciešamība pēc nervu sistēmas un ķermeņa simetrijas. Smadzenes koncentrējās galvas daļā – veidojās centrālā nervu sistēma, attīstījās maņu orgāni un sarežģītāka uzvedība. Uzvedība kļuva mērķtiecīgāka, ne tikai refleksīva, un dzīvnieki sāka aktīvi mijiedarboties ar vidi. Plēsēji un to medījamie dzīvnieki sāka aktīvi kustēties. Plēsēji aktīvi pārvietojās, bet medījamie dzīvnieki slēpās un attīstīja dažādus pielāgojumus aizsardzībai: čaulas, dzelkņus, cietus skeletus un kamuflāžu. Attīstoties kalcija karbonāta un kalcija fosfāta skeletiem, bija iespējams attīstīt lielākus un spēcīgākus muskuļus. Dzīvības formas, kas nespēja pielāgoties jaunajiem vides apstākļiem, izmira.

Kembrija sprādziena pētījumi koncentrējas uz ģeoloģiski īsā laikā strauji pieaugušās dzīvnieku daudzveidības pētījumiem. Tie apvieno paleontoloģiju (fosiliju analīzi), ģeoloģiju (vides un ķīmisko izmaiņu izpēti), ģenētiku (attīstības gēnu nozīmi) un ekoloģiju, salīdzinot dažādas hipotēzes. Pēdējos gados zinātnieki nākuši pie secinājuma, ka kembrija sprādzienu izraisīja daudzu faktoru kopums. Pētījumi joprojām turpinās, jo nav vienotas atbildes, kas pilnībā izskaidrotu šo notikumu. Joprojām nav noskaidrots, vai kembrija sprādziens tiešām bija tik liela apmēra vai arī šādu iespaidu rada fosiliju ar cietu skeletu labāka saglabāšanās kembrijā un salīdzinoši nelielais atrasto fosiliju skaits pirms tam.

Populārākās kembrija sprādziena hipotēzes:

1. Skābekļa līmeņa pieauguma hipotēze. Skābekļa līmenis atmosfērā un okeānos sasniedza slieksni, kad varēja attīstīties sarežģītas dzīvības formas. Vājā puse: skābeklis sāka pieaugt jau pirms kembrija perioda.
2. Ģenētiskā hipotēze. Parādījās jauni regulējoši gēni, kas ļāva veidot atšķirīgus organismus. Vājā puse: nav skaidrs, kas izraisīja šo gēnu aktivizēšanos tieši kembrijā, kāpēc tikai tad veidojās jauni dzīvnieku tipi, bet tas nenotika agrāk vai vēlāk; neizskaidro reālo anatomiskās un ekoloģiskās sarežģītības pieaugumu.
3. Ekoloģiskās mijiedarbības hipotēze. Plēsonības attīstība izraisīja noteiktu evolūcijas virzienu attīstību. Vājā puse: neizskaidro, kāpēc plēsēji radās tieši tad.
4. Klimata pārmaiņu hipotēze. Ledus laikmeta beigās okeānu ķīmijas izmaiņas un ūdens līmeņa celšanās veidoja jaunas nišas. Vājā puse: līdzīgas pārmaiņas notika arī citos periodos.
5. Fosiliju saglabāšanās hipotēze. Dzīvība bija daudzveidīga un sarežģīta arī pirms kembrija sprādziena, tikai fosilijas nesaglabājās, jo nebija cietu skeletu. Vājā puse: nav skaidrs, kādēļ tieši kembrijā, jo dzīvība pastāvēja jau miljardiem gadu.

Parasti populārzinātniski sensacionālā veidā tiek uzsvērts, ka kembrija sprādziens notika vienā mirklī. Tādējādi tiek noklusēts procesa pakāpeniskums miljoniem gadu garumā. Nepareizs ir uzskats, ka kembrijā radās visas mūsdienu sugas, jo kembrijā veidojās dzīvnieku tipi, kas evolūcijas gaitā mainījās.