précambrien, division des temps géologiques correspondant à l’intervalle écoulé entre l’apparition de la Terre, il y a environ 4,6 milliards d’années, et le début du paléozoïque ou ère primaire, il y a 545 millions d’années (Ma).

Le précambrien, qui couvre quelque 4 milliards d’années, représente à lui seul à peu près les 8/9^e de l’histoire de la Terre. Il comprend deux éons : l’archéen et le protérozoïque.

Les roches du précambrien sont assez largement réparties à la surface du globe. Les plus importants affleurements de cette époque forment en effet aujourd’hui des cratons, portions de croûte continentale n’ayant été affectées par aucune déformation d’envergure. Là où ils affleurent, les cratons composent des boucliers, vastes régions stables de roches magmatiques et métamorphiques que ne recouvre aucune couverture sédimentaire. Ainsi, en Amérique du Nord, le Bouclier canadien correspond à toute la portion occidentale du Canada et à une grande partie du Groenland ; on distingue également les Boucliers baltique, australien, antarctique. Lorsqu’un bouclier est recouvert par une couverture sédimentaire de plus ou moins grande épaisseur, mais n’ayant pas fait l’objet de mouvements tectoniques de grande ampleur, on parle de plate-forme stable : c’est le cas des plates-formes sibérienne et africaine.

L’archéen correspond aux terrains dont l’âge est antérieur à 2,5 milliards d’années. Ces terrains se différencient en deux grands ensembles : les complexes gneissiques et les ceintures de roches vertes (les « green belts » des Anglo-Saxons).

Les formations gneissiques correspondent à des zones où le métamorphisme, très intense, a entraîné d’importantes déformations : la température et la pression élevées expliquent la structure rubanée de ces gneiss, qui se caractérisent par une alternance de lits clairs et sombres. Les gneiss d’Amitsoq, dans la province d’Isua (Groenland), et ceux de la formation d’Acosta (nord du Canada), constituent les plus anciennes roches connues sur notre planète — ces vestiges complètement métamorphisés d’une ancienne croûte continentale ont environ 3,8 milliards d’années. Les roches de la formation d’Acosta sont, semble-t-il, légèrement plus anciennes encore que celles d’Isua. Les datations radiométriques, qui restent à confirmer, donnent des âges allant de 3,8 à 4 milliards d’années. On appelle ère isuenne la période comprise entre 4 ou 3,8 et 3,5 milliards d’années au cours de laquelle se sont formées les plus anciennes roches terrestres encore présentes de nos jours. De la période précédente, qualifiée d’ère hadéenne (de - 4,55 à - 4 milliards d’années) aucune roche ne nous est parvenue. Toutefois, des minéraux isolés, vestiges de roches de cette époque, ont parfois été remaniés et incorporés dans des roches sédimentaires plus récentes. On a ainsi découvert en 2001, dans des roches précambriennes en Australie-Occidentale, un minuscule zircon âgé de 4,2 milliards d’années.

Les ceintures de roches vertes sont des terrains où alternent des séquences de laves basaltiques et des séries sédimentaires, l’ensemble de la formation étant recoupé par des intrusions granitiques ayant occasionné un important métamorphisme de contact. Les roches vertes d’âge archéen présentent un intérêt économique de premier plan, car toute une gamme de minerais leur est associée.

L’archéen semble avoir été, pour l’essentiel, une période durant laquelle les matériaux constitutifs de la planète se sont répartis par densité sous les effets de la gravitation. Le fer, très dense, a migré vers le centre de la Terre pour former un noyau métallique. À l’inverse, les éléments chimiques plus légers (silicium, oxygène, aluminium, etc.) sont progressivement remontés vers la surface, formant une écorce qui s’est refroidie et solidifiée : la croûte terrestre. Entre les deux s’est différencié le manteau, riche en magnésium. D’importants mouvements de convection ont animé le manteau, faisant remonter l’eau et les gaz du magma vers la surface. Une atmosphère primitive, composée presque exclusivement de vapeur d’eau et de dioxyde de carbone, a ainsi pu se constituer.

D’une manière générale, l’écorce terrestre s’est enrichie en silicates (minéraux composés d’un assemblage d’atomes de silicium et d’atomes d’oxygène). Toutefois, une différenciation s’effectue très vite : les roches basiques, sombres et lourdes, tapissent les grands bassins et forment le plancher des futurs océans. Par ailleurs, des laves du manteau profond très riches en magnésium (appelées komatiites) se déversent à la surface. En se refroidissant, elles forment des embryons de continents. Le processus de formation de la croûte continentale est très actif entre - 3,5 et - 2 milliards d’années, puis son intensité décline pour cesser au début du cambrien, il y a 540 millions d’années. Depuis le cambrien, il ne se forme pratiquement plus de croûte continentale. En revanche, la croûte océanique est renouvelée en permanence.

Le protérozoïque correspond à la période comprise entre - 2,5 milliards d’années et - 540 millions d’années (Ma). Par opposition à l’archéen, le protérozoïque apparaît plus comme une période de remaniement de la croûte existante : autour des cratons archéens, différentes phases orogéniques façonnent de vastes ensembles plissés. Les premières collisions entre plaques lithosphériques semblent dater également du protérozoïque moyen, il y a 1,5 milliard d’années. (voir tectonique des plaques).

La nature du climat dans ces temps éloignés est encore mal connue. On sait néanmoins qu’à l’origine, l’oxygène est absent de l'’atmosphère terrestre (c’est grâce à la photosynthèse, réalisée très tôt par les cyanobactéries, que la proportion de l’oxygène a pu croître progressivement dans l’atmosphère). En conséquence, l’effet de serre dû à la présence du gaz carbonique dans l’atmosphère primitive devait être beaucoup plus important. Il en résultait des températures et une humidité plus grandes, ce qui n’excluait pas des épisodes glaciaires.

Les sédiments glacigènes de la formation de Witwatersrand, en Afrique du Sud, représentent les plus anciens indices d’un refroidissement planétaire, il y a 2,8 milliards d’années. La première glaciation bien identifiée est la glaciation huronienne, qui survient entre - 2,4 et - 2,1 milliards d’années. Enfin, la fin du précambrien est marquée par trois autres épisodes glaciaires majeurs, il y a 950, 775 et 600 millions d’années. Le dernier est considéré comme le plus dramatique de toute l’histoire de la Terre. La planète est en effet presque entièrement gelée.

La vie apparaît très tôt au cours du précambrien. En effet, certaines roches de la région d’Isua (Groenland), âgées de 3,8 milliards d’années, contiennent du fer oxydé et du carbone enrichi en isotope 12 (¹²C). Ces indices sont interprétés comme la preuve de l’existence, dès cette époque, d’organismes capables de réaliser la photosynthèse. Les plus anciens fossiles avérés sont ceux de colonies filamenteuses de cyanobactéries datant d’environ - 3,5 milliards d’années. Ils ont été découverts dans les cherts (variété de silice) de la formation de Warrawoona, près de North Pole, sur la côte nord-ouest de l’Australie. Les cyanobactéries, parfois appelées —  à tort, car ce sont des procaryotes  — « algues bleues », sont des organismes photosynthétiques qui existent encore de nos jours et qui produisent des stromatolithes. Ces structures d’origine biologique résultent du piégeage de sédiments marins dans le mucilage sécrété par des cyanobactéries filamenteuses. Les plus anciens stromatolithes fossiles proviennent également de la formation de Warrawoona et sont âgés de 3,4 milliards d’années. D’autres stromatolithes ont été découverts en Afrique du Sud, dans des terrains de - 2,8 à - 3,1 milliards d’années.

Les plus anciens eucaryotes (organismes dotés d’une cellule à noyau) sont datés de - 1,9 milliard d’années. Vers - 1,6 milliard d’années apparaissent des micro-fossiles en forme de sphères irrégulières, les acritarches. Il s’agit de formes enkystées d’algues unicellulaires. Des indices de présence d’algues multicellulaires ont été identifiés dans diverses régions du monde, datés entre - 1,4 et - 1,2 milliard dannées. Des galeries et des empreintes, remontant à 900 millions d’années, semblent être les traces d’activité d’organismes animaux vermiformes. Toutefois, les premiers vrais fossiles de métazoaires sont beaucoup plus récents. Ils ont été retrouvés dans des formations du précambrien terminal (entre 550 et 570 millions d’années). Il s’agit de plumes de mer (pennatulides), d’éponges, de méduses, d’annélides et d’autres organismes d’affinité incertaine. Le gisement le plus célèbre est celui d’Ediacara, dans le bassin d’Adélaïde, dans le sud de l’Australie. Là, en l’absence de parties dures fossilisables, les strates rocheuses ont conservé, sous forme d’empreintes ou de moulages naturels, les traces de ces métazoaires à corps mou. Cette faune préfigure l’extraordinaire explosion de la vie animale marine au cambrien, première période du paléozoïque.