Maapallo muodostui noin 4,5 miljardia vuotta sitten yhdessä muiden seitsemän aurinkokunnan planeetan kanssa. Maapallon jäähtyessä alkuvaiheen tulivuorien kaasuttaminen loi alkeellisen ilmapiirin. Varhaisessa ilmakehässä ei ollut happea, ja se olisi ollut myrkyllistä ihmisille, samoin kuin useimmille muille maapallon elämille.
Vety ja helium
Maan uskotaan muodostuneen auringon ympäri kiertävästä kaasusta ja pölystä. Suurin osa kaasusta olisi muodostunut kevyemmistä elementeistä, kuten vedystä ja heliumista. Varhaisessa Maan ilmakehässä oli suuri määrä vetyä ja heliumia, ja se olisi hitaasti päässyt avaruuteen näiden kaasujen pienen massan vuoksi. Nykyään vety ja helium muodostavat alle prosentin maapallon ilmakehästä.
Vesihöyry
Vesihöyryä syntyi varhaisen tulivuoren toiminnan seurauksena ja myös vettä kantavista komeeteista, jotka vaikuttivat maahan. Vesihöyry pysyi kaasumaisessa muodossa, koska varhainen maapallo oli liian kuuma veden ollakseen olemassa nestemäisessä muodossa. Nestemäiset valtameret ilmestyivät vasta noin miljardi vuotta maan muodostumisen jälkeen.
Hiilidioksidi
Hiilidioksidia vapautti tulivuoret varhaisella maapallolla ja se oli yksi sen ilmakehän tärkeimmistä ainesosista. Maapallon ikääntyessä tulivuoren aktiivisuuden määrä väheni ja jotkut organismit alkoivat käyttää hiilidioksidia fotosynteesissä. Tämä johti hiilidioksiditasojen tasaiseen laskuun. Tämän päivän ilmakehässä on vain 0,04 prosenttia hiilidioksidia.
Typpi
Varhaisen maan tulivuoret tuottivat myös typpeä, josta tuli tärkeä osa ilmakehää. Typpi on välttämätöntä, jotta voidaan luoda elämän rakennuspalikoita, kuten aminohappoja. Nykyään typpi on maapallon ilmakehän suurin osa, ja sen osuus kaasuista on noin 78 prosenttia.
Happi
Varhaisessa ilmakehässä ei ollut happea, ennen kuin yksinkertaiset organismit kehittivät kyvyn suorittaa fotosynteesi. Tämän prosessin aikana auringonvaloa ja hiilidioksidia käytetään energian tuottamiseen vapauttamalla happea sivutuotteena. Geokemialliset tutkimukset viittaavat siihen, että hapesta tuli osa ilmakehää noin 2 miljardia vuotta maapallon muodostumisen jälkeen. Pieni osa happiatomeista, jotka sitoutuvat muodostamaan otsonin - kolmesta happiatomista koostuvan molekyylin - ilmakehän yläosaan. Nykyään hapen osuus on noin 21 prosenttia ilmakehän kaasuista ja se on välttämätöntä elämälle. Useimmat elävät olennot käyttävät yksinkertaista molekyylihappea energian luomiseen. Otsonikerroksella on tärkeä rooli absorboimalla haitallista ultraviolettivaloa nykyilmapiirissä.