关于奥陶纪末大灭绝的起因，新出现了多种假说。经典的假说认为，奥陶纪末生物大灭绝是显生宙唯一一次与大规模的冰川活动、全球气候强烈变冷和变暖、世界范围的海平面大幅下降和上升有密切关联的特大灾变事件。但近来有学者认为，奥陶纪末的两幕式生物灭绝与冰川的形成和消融在时间上并不完全一致。

对此，中国科学技术大学科学家提出了“平流层火山喷发”灭绝新模式。他们对华南奥陶纪末生物灭绝地层中的黄铁矿，进行了高精度同位素分析发现，在大灭绝过程中，火山喷发将大量二氧化硫、硫化氢和其他火山物质输送至平流层，形成了以硫酸盐为主的气溶胶层，导致地球表面温度下降（即加热自己，冷却地球）。在平流层的臭氧层附近，火山喷发的二氧化硫等含硫气体，经光化学反应产生硫同位素的非质量分馏，并形成硫酸盐等沉降至地表和海洋。同时，火山喷发释放的大量温室气体，使地表温度迅速升高并形成酸雨，导致陆地和海洋酸化以及海洋缺氧，并引发了奥陶纪末生物大灭绝。

哈佛大学地球与行星科学系科学家则提出了另一种新模式。他们研究认为，在奥陶纪末期，由于陆地大量维管植物首次出现与扩张，增强了大陆风化作用，导致海洋中生物可利用的营养元素十分充裕。这为加速浮游植物的生长和繁殖提供了有利的条件。真核藻类因此迅速扩张，提高了海洋生物泵效率，而大量有机碳被埋藏在海洋中。随着大规模的海侵，大气中二氧化碳浓度短时间内急剧下降，诱发了赫南特冰期，成为驱动生物大灭绝事件的重要因素。