Bumi terbentuk sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu, bersama dengan tujuh planet lain di tata surya. Saat Bumi mendingin, atmosfer primitif diciptakan oleh pelepasan gas dari gunung berapi awal. Atmosfer awal tidak mengandung oksigen dan akan menjadi racun bagi manusia, serta sebagian besar kehidupan lain di Bumi saat ini.
Hidrogen dan Helium
Bumi diyakini terbentuk dari gas dan debu yang mengorbit matahari. Sebagian besar gas akan terdiri dari unsur-unsur yang lebih ringan, seperti hidrogen dan helium. Bumi awal memiliki sejumlah besar hidrogen dan helium di atmosfer dan ini akan perlahan-lahan melarikan diri ke luar angkasa karena massa gas-gas ini rendah. Saat ini, hidrogen dan helium membentuk kurang dari 1 persen atmosfer bumi.
Uap air
Uap air dihasilkan oleh aktivitas vulkanik awal, dan juga dari komet pembawa air yang menabrak bumi. Uap air tetap dalam bentuk gas, karena Bumi awal terlalu panas untuk air ada dalam bentuk cair. Lautan air cair tidak muncul sampai kira-kira satu miliar tahun setelah Bumi terbentuk.
Karbon dioksida
Karbon dioksida dilepaskan oleh gunung berapi di awal Bumi dan merupakan salah satu konstituen utama atmosfernya. Seiring bertambahnya usia Bumi, jumlah aktivitas vulkanik menurun dan beberapa organisme mulai memanfaatkan karbon dioksida dalam fotosintesis. Hal ini menyebabkan penurunan stabil kadar karbon dioksida. Atmosfer saat ini hanya terdiri dari 0,04 persen karbon dioksida.
Nitrogen
Gunung berapi di Bumi awal juga menghasilkan nitrogen, yang menjadi komponen utama atmosfer. Nitrogen sangat penting untuk menciptakan bahan penyusun kehidupan, seperti asam amino. Saat ini, nitrogen adalah konstituen terbesar dari atmosfer bumi, terhitung sekitar 78 persen dari gas.
Oksigen
Tidak ada oksigen di atmosfer awal sampai organisme sederhana mengembangkan kemampuan untuk melakukan fotosintesis. Selama proses ini, sinar matahari dan karbon dioksida digunakan untuk menciptakan energi, melepaskan oksigen sebagai produk sampingan. Studi geokimia menunjukkan bahwa oksigen menjadi komponen atmosfer sekitar 2 miliar tahun setelah Bumi terbentuk. Sebagian kecil atom oksigen terikat untuk menciptakan ozon -- molekul yang terdiri dari tiga atom oksigen -- di bagian atas atmosfer. Saat ini, oksigen menyumbang sekitar 21 persen dari gas atmosfer dan sangat penting untuk kehidupan. Oksigen molekul sederhana digunakan oleh sebagian besar makhluk hidup untuk menciptakan energi. Lapisan ozon memainkan peran penting dengan menyerap sinar ultraviolet yang berbahaya di atmosfer saat ini.