Die kambrische Substratrevolution war ein entscheidendes evolutionäres Ereignis, das zu Beginn des Kambriums vor 542 Millionen Jahren stattfand. Die Revolution bestand darin, dass sich die ersten Wühler tief in das Substrat eingruben, anstatt an der Oberfläche oder direkt unter den mikrobiellen Matten zu grasen, die zu dieser Zeit den Meeresboden dominierten. Tatsächlich ist der Beginn des Kambriums international durch das erste Auftreten von Trichophycus pedum definiert, einem allgegenwärtigen Spurenfossil mit einem charakteristischen Schleifenmuster. Der Wühler, der das Spurenfossil hergestellt hat, ist unbekannt, aber es könnte sich um eine Schnecke oder einen primitiven Gliederfüßer gehandelt haben.
Vor der kambrischen Substratrevolution bestand der Meeresboden aus einer mikrobiellen Matte auf einem harten, geschichteten, sulfidischen, anoxischen Substrat. Tiere lebten auf der Matte, befestigten sie über Halteklammern, streiften die Oberfläche der Matte ab, wurden darin eingebettet oder gruben sich direkt darunter ein. Da das Substrat darunter fast vollständig anoxisch (ohne Sauerstoff) war, war es mit sulfatreduzierenden Bakterien gefüllt, die Schwefelwasserstoff freisetzten, der für die meisten anderen Organismen giftig war und sie vom tiefen Eingraben abhielt.
Nach Milliarden von Jahren in Substraten, die von sulfatreduzierenden Bakterien dominiert wurden, begannen einige Pionierorganismen, sich tiefer in das Substrat einzugraben, wodurch es lockerer und mit Sauerstoff angereichert wurde. Dies leitete einen Rückkopplungszyklus ein, wodurch das Substrat für Tiere weniger feindselig wurde und die Tiere die Initiative ergriffen, sich aggressiver darin einzugraben und die Bakterien und andere Tiere zu verzehren, die die neu sauerstoffreiche Umgebung kolonisierten. Das Endergebnis war die Evolution einer Vielzahl von grabenden Organismen und die Erschließung einer neuen ozeanischen Nische. Die Sauerstoffanreicherung der obersten Substratschicht könnte zur kambrischen Explosion beigetragen haben, einem massiven Ereignis evolutionärer Strahlung, das kurz nach der kambrischen Substratrevolution auftrat. Umgekehrt kann die kambrische Explosion andere Ursachen haben, und die kambrische Substratrevolution könnte eine Nebenwirkung der Diversifizierung der Organismen gewesen sein.
Es gibt drei Hauptvorteile des Grabens, die die kambrische Substratrevolution beschleunigt hätten, sobald sie begonnen hatte: die Verfügbarkeit von Nahrung, die Verankerung (die verhinderte, dass die Tiere von Strömungen weggespült wurden) und die Vermeidung von Raubtieren. Da Raubtiere tendenziell größer und weniger wendig sind als kleine Tiere, hätten sich nur wenige von ihnen in den schlammigen Untergrund eingegraben. Die kambrische Substratrevolution war der Anfang vom Ende für mikrobielle Matten, die heute nur noch in extremen Umgebungen zu finden sind, die für Wühler unwirtlich sind, wie zum Beispiel in Salzseen und den tiefsten Tiefen des Meeresbodens.