В начале позднего протерозоя
(750–545 млн. лет назад) в фундаментах будущих платформ активизировались процессы движения земной коры, приведшие к появлению глубинных разломов и авлакогенов (узкая впадина геологической платформы, ограниченная разломами). Тогда на еще формирующейся Восточно-Европейской платформе преобладала суша. Протекали химические процессы, появились мощные (до 27 м) коры выветривания. В большом количестве вода была только в авлакогенах, там же накапливались осадочные породы. Они постепенно заполнялись грубыми кварцевыми железистыми песками, появившимися в результате разрушения фундамента, и углеродистыми осадками (будущими шунгитами) – продуктами жизнедеятельности планктонных микроорганизмов, обитавших в этих узких, но очень глубоких водоёмах. В Подмосковье породы раннего и среднего протерозоя не выходят на поверхность. Их суммарная мощность достигает нескольких сотен метров, и доступны для изучения они только при бурении.В венде
, или эдиакарии (635–545 млн. лет назад), последнем периоде протерозоя, Восточно-Европейская платформа стала отделяться от Родинии и немного сдвинулась на север, но все еще располагалась близко к Южному полюсу. На востоке она соседствовала с Сибирским континентом (известным теперь как Восточная Сибирь), а на западе – с Лаврентией (континентом, на основе которого позднее сформировалась современная Северная Америка). В тот период фундамент платформы стабилизировался и к концу его стал медленно прогибаться в центральной части: образовалась Московская синеклиза. Ее заполняли глины, пески, вулканические пеплы и галечники. Начался первый этап формирования платформенного чехла. В начале вендского периода сильно похолодало, наступило самое крупное оледенение за всю историю планеты. А в середине венда территорию будущего Подмосковья затопило море, пришедшее с севера. Его населяли небольшие червеобразные организмы (от них в ископаемом состоянии сохранились лишь следы ползания) и сабелли-титиды – очень мелкие загадочные животные с трубчатым органическим скелетом. Мощность вендских отложений здесь достигает 500 м, однако они погребены на больших глубинах под более молодыми слоями осадочного чехла, поэтому их можно обнаружить только при бурении.В кембрии
(545–495 млн. лет назад) Родиния окончательно раскололась, а Восточно-Европейская платформа переместилась с Южного полюса к средним широтам Южного полушария. Она стала отдельным материком, окружённым с запада океаном Япетуе, а с востока – раскрывающимся океаном Палеотетис. Севернее и южнее находились крупные проливы, соединяющие эти два древних водных бассейна. Северную часть Подмосковья в это время заливало мелководное море. Оно было достаточно холодным, поэтому жизнь в нём не отличалась большим разнообразием. Из скелетных организмов на дне его обитали небольшие трилобиты (древние морские членистоногие), оболюсы (брахиоподы, близкие родственники современных лингул, имеющих червеобразное тело, защищённое двустворчатой фосфатной раковиной, и ведущих зарывающийся образ жизни) и многочисленные организмы неясного происхождения (возможно, фораминиферы – одноклеточные организмы, родственники амёбы), жившие в трубчатых раковинках диаметром всего 1–2 мм. Отложения кембрия в подмосковном регионе отсутствуют (их размыло в более поздние времена, когда на месте моря образовалась суша), хотя, к примеру, на юге Ярославской области их толщина достигает 100 м.В ордовике
(495–440 млн. лет назад) Восточно-Европейская платформа все ещё оставалась отдельным континентом и лишь немного продвинулась в направлении экватора. Тогда её окружали сразу три океана: Реикум на юге, Япетус на западе и Палеотетис на востоке. Нынешнее Подмосковье было затоплено неглубоким тёплым морем, на дне которого обитали многочисленные кораллы, морские пузыри (ископаемые родственники морских лилий, имевшие шаровидную чашечку) и другие вымершие иглокожие, разнообразные брахиоподы и мшанки (сидячие беспозвоночные животные). В толще воды плавали медузы, граптолиты (вымершие колониальные полухордовые животные), головоногие моллюски с прямой торпедообразной раковиной, иногда достигавшей несколькихметров в длину, и конодонтоносители (небольшие хордовые животные с угревидным телом).Отложения кембрия и ордовика практически не сохранились в регионе: они были размыты в следующем периоде – силуре (440–417 млн. лет назад), когда море отсюда ушло. В то время Восточно-Европейская платформа заняла приэкваториальное положение и вплотную приблизилась к другому континенту – Лаврентии.