Zemlja je nastala prije otprilike 4,5 milijarde godina, zajedno s ostalih sedam planeta u Sunčevom sustavu. Kako se Zemlja hladila, iscrpljivanjem ranih vulkana stvarala se primitivna atmosfera. Rana atmosfera nije sadržavala kisik i bila bi toksična za ljude, kao i za većinu ostalih današnjih života na Zemlji.
Vodik i helij
Vjeruje se da je Zemlja nastala od plina i prašine koji kruže oko Sunca. Velika većina plina sastojala bi se od lakših elemenata, poput vodika i helija. Rana Zemlja imala je veliku količinu vodika i helija u atmosferi i to bi polako pobjeglo u svemir zbog male mase tih plinova. Danas vodik i helij čine manje od 1 posto Zemljine atmosfere.
Vodena para
Vodena para nastala je ranom vulkanskom aktivnošću, a također iz kometa koje su nosile vodu i utjecale na zemlju. Vodena para ostala je u plinovitom obliku, jer je rana Zemlja bila prevruća da bi voda mogla postojati u tekućem obliku. Oceani s tekućom vodom pojavili su se tek otprilike milijardu godina nakon stvaranja Zemlje.
Ugljični dioksid
Ugljični dioksid su vulkani oslobađali na ranoj Zemlji i bio je jedan od glavnih sastojaka njene atmosfere. Kako je Zemlja starila, količina vulkanske aktivnosti smanjivala se i neki su organizmi počeli koristiti ugljični dioksid u fotosintezi. To je dovelo do stalnog pada razine ugljičnog dioksida. Današnja se atmosfera sastoji od samo 0,04 posto ugljičnog dioksida.
Dušik
Vulkani na ranoj Zemlji također su proizvodili dušik, koji je postao glavna komponenta atmosfere. Dušik je neophodan za stvaranje životnih blokova, poput aminokiselina. Danas je dušik najveći sastojak Zemljine atmosfere, na njega otpada oko 78 posto plinova.
Kisik
U ranoj atmosferi nije bilo kisika sve dok jednostavni organizmi nisu razvili sposobnost provođenja fotosinteze. Tijekom ovog postupka koriste se sunčeva svjetlost i ugljični dioksid kako bi se stvorila energija, oslobađajući kisik kao nusproizvod. Geokemijske studije sugeriraju da je kisik postao komponenta atmosfere otprilike 2 milijarde godina nakon što je Zemlja nastala. Mali udio atoma kisika vezan je za stvaranje ozona - molekule koja se sastoji od tri atoma kisika - u gornjim slojevima atmosfere. Danas kisik čini otprilike 21 posto atmosferskih plinova i neophodan je za život. Jednostavni molekularni kisik koristi većina živih bića kako bi stvorio energiju. Ozonski omotač igra ključnu ulogu upijajući štetno ultraljubičasto svjetlo u današnjoj atmosferi.