Thảm vi sinh vật (Microbial mat) là các khuẩn lạc đa lớp, đa loài vi khuẩn và các sinh vật khác thường chỉ dày tới độ vài mm, nhưng chứa nhiều loại môi trường hóa học, mỗi một môi trường này phù hợp với bộ các loài vi sinh khác nhau.[97] Ở một mức độ nào đó, mỗi thảm vi sinh tạo thành chuỗi thức ăn của riêng mình, vì sản phẩm phụ của từng nhóm vi sinh vật thường đóng vai trò là "thức ăn" cho các nhóm liền kề.[98]

Stromatolit là những cột trụ được tạo ra bởi các vi sinh vật trong thảm di chuyển từ dưới lên trên để tránh bị chôn vùi bởi trầm tích lắng đọng từ nước.[97] Đã có những cuộc tranh luận gay gắt về tính hợp lệ của các hóa thạch được cho là có niên đại từ trước 3 Ga,[99] phe phản đối cho rằng cái gọi là stromatolit có thể được hình thành bởi các quá trình phi sinh học.[63] Vào năm 2006, một phát hiện khác về stromatolit đã được báo cáo ở Úc tương đồng với những cái trước đó, các tảng đá ở đây có niên đại là 3,5 Ga.[100]

Trong các thảm vi sinh dưới nước hiện đại, lớp trên cùng thường có vi khuẩn lam quang hợp tạo ra môi trường giàu oxy, trong khi lớp dưới không có oxy và thường chỉ có hydro sunfua do các sinh vật sống ở đây thải ra.[98] Người ta ước tính rằng sự xuất hiện của quang hợp oxy bởi vi khuẩn trong thảm vi sinh làm tăng năng suất sinh học lên gấp 100 đến 1.000 lần. Tác nhân khử được sử dụng bởi quang hợp oxy là nước, dồi dào hơn nhiều so với các chất khử được tạo ra về mặt địa chất với điều kiện của quá trình quang hợp không oxy sớm hơn.[101] Từ thời điểm này trở đi, chính sự sống đã tạo ra nhiều tài nguyên cần thiết hơn chó chính nó so với sự dựa dẫm vào quá trình địa hóa trước đây.[102] Oxy độc hại đối với các sinh vật không thích nghi với nó, nhưng làm tăng đáng kể hiệu quả trao đổi chất của các sinh vật đã thích nghi với nó.[103][104] Oxy đã trở thành một thành phần quan trọng trong bầu khí quyển của Trái đất vào khoảng 2,4 Ga.[105] Mặc dù sinh vật nhân chuẩn có thể đã có mặt sớm hơn nhiều,[106][107] quá trình oxy hóa của khí quyển là điều kiện tiên quyết cho sự tiến hóa của các tế bào nhân chuẩn phức tạp hơn, từ đó mà tất cả các sinh vật đa bào được tạo ra.[108] Ranh giới giữa các lớp giàu oxy và không có oxy trong thảm vi sinh sẽ di chuyển lên trên khi quá trình quang hợp ngừng lại vào buổi đêm, và sau đó đi xuống khi quá trình tiếp tục vào ngày hôm sau. Điều này sẽ tạo ra áp lực chọn lọc cho các sinh vật trong khu vực trung gian này để có được khả năng chịu đựng và sau đó là sử dụng oxy, có thể thông qua nội cộng sinh, nơi một sinh vật sống bên trong một sinh vật khác và cả hai đều được hưởng lợi từ sự hợp tác này.[23]

Vi khuẩn lam có "bộ công cụ" sinh hóa hoàn chỉnh nhất trong số tất cả các sinh vật hình thành thảm. Do đó, chúng là loài sinh vật tự cung tự cấp nhất và thích nghi tốt để tự trôi nổi dưới dạng thảm nổi và là thế hệ đầu tiên của thực vật phù du, cung cấp nền tảng cho hầu hết các chuỗi thức ăn biển.[23]