Приблизительно 4,5 миллиардов лет назад наша планета уже имела первичную атмосферу из водорода (h2) и гелия (He).

Астрономы исходят также из того, что из-за относительно высоких температур и эффектов солнечного ветра на Земле и других близлежащих к солнцу планетах могло остаться только небольшое количество легких химических элементов (включая углерод, азот и кислород).

В течение первых нескольких миллионов лет после возникновения солнечной системы постоянно повторялись столкновения с небесными телами, вызванные ими коллизии уничтожали глобальными стерилизациями образованные в это время живые системы. Поэтому появление жизни (в анаэробном варианте) смогло начаться только после накопления воды за длительное время, например, в достаточно глубоких впадинах или пещерах.

С медленным остыванием земли, вулканической деятельностью (выделение газов из недр земли) и глобальным перераспределением материалов упавших комет возникла вторичная атмосфера земли. Скорее всего, она состояла из водяного пара (H₂O до 70 %), углекислого газа (CO₂ до 20 %), сероводорода, аммиака и метана - до 7 %. Высокий процент водяного пара объясняется тем, что поверхность земли была на тот момент ещё слишком горяча.

Из воды, метана и аммиака в условиях молодой Земли могли образоваться небольшие органические молекулы (кислоты, спирты, аминокислоты), позднее - органические полимеры (полисахариды, жиры, полипептиды).

После охлаждения атмосферы ниже температуры кипения воды наступил очень длительный период выпадения дождей и образования океанов. Насыщенность атмосферы газами возросла. Интенсивное ультрафиолетовое облучение обусловило фотохимический распад воды, метана и аммиака, в результате чего накопились углекислый газ и азот. Лёгкие газы — водород и гелий — уносились в космос, углекислый газ растворялся в больших количествах в океане, увеличивалась кислотность воды. Значение pH упало до 4. Инертный и малорастворимый азот N₂ накапливался и около 3,5 миллиардов лет назад составлял основную часть атмосферы.

Выпадение в осадок прореагировавшего с ионами металлов растворенного углекислого газа (появление карбонатов), привело к некоторому уменьшению и стабилизации концентрации CO₂, а также повышению значения pH в водоёмах.

Кислород O₂ играет важнейшую роль в дальнейшем развитии атмосферы. Он образовался с появлением способных к фотосинтезу живых существ, предположительно цианобактерий (сине-зелёных водорослей), а также прокариотов. Ассимиляция ими углекислого газа привела к дальнейшему понижению кислотности, однако насыщенность атмосферы кислородом оставалась еще низкой. Причина этого — активное использование растворенного в океане кислорода для окисления двухвалентных ионов железа и других окисляемых соединений. Около двух миллиардов лет назад этот процесс завершился, и кислород стал постепенно накапливаться в атмосфере.

Реакционно способный (активный) кислород легко окисляет восприимчивые органические биомолекулы и становится регулятором окружающей среды для ранних организмов. Только немногие анаэробные организмы смогли переместиться в свободные от кислорода экологические ниши, другая часть выработала ферменты (например, каталазы), которые делают кислород не опасным.

В некоторых микроорганизмах из подобных энзимам развились комплексные мембранные энзимы, которые метаболически использовали присутствующий кислород для накопления энергии, необходимой для роста собственной клетки. В зависимости от особенностей организма развивались различные формы энзимов, что дает основание полагать, что они использовали различные пути развития.

Миллиард лет назад содержание кислорода в атмосфере перешагнуло планку одного процента, спустя несколько миллионов лет образовался озоновый слой. Нынешнее содержание кислорода в атмосфере (21 %) было достигнуто лишь 350 миллионов лет назад и сохраняется с тех пор стабильным, что поддерживает постоянство растительного и животного мира.

Пребиотический синтез сложных соединений макромолекул мог состояить из трех последовательных этапов:

- Возникновение простых органических соединений (спиртов, кислот, гетероциклических соединений: пуринов, пиримидинов и пирролов) из неорганических материалов.

- Синтез более сложных органических соединений — «биомолекул» — представителей наиболее распространённых классов метаболитов, в том числе и мономеров — структурных единиц биополимеров (моносахаридов, аминокислот, жирных кислот, нуклеотидов) из простых органических соединений.

- Возникновение сложных биополимеров (полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот) из основных структурных единиц — мономеров.

Одним из важных вопросов возникновения пребиологического синтеза является химический состав среды (в том числе неорганики), явившейся источником различных органических соединений. Исследование результатов химической эволюции осложняется тем, что знания о геохимических условиях древней Земли не являются полными. Основные данные о химической эволюции получены в результате модельных экспериментов, в ходе которых удалось получить сложные органические молекулы при имитации различных химических составов атмосферы, гидросферы и литосферы, климатических условий.

На основе имеющихся данных был выдвинут ряд гипотез о конкретных механизмах и непосредственных движущих силах химической эволюции. Основной посылкой при этом является идея абиогенеза.

Абиогенез — образование органических соединений живой природы вне организма без участия последнего, или более широко - возникновение живого из неживого.