Ziemia powstała około 4,5 miliarda lat temu, wraz z pozostałymi siedmioma planetami Układu Słonecznego. Gdy Ziemia ochładzała się, w wyniku odgazowywania wczesnych wulkanów powstała prymitywna atmosfera. Wczesna atmosfera nie zawierała tlenu i byłaby toksyczna dla ludzi, a także większości innych form życia na dzisiejszej Ziemi.
Wodór i Hel Hel
Uważa się, że Ziemia powstała z gazu i pyłu krążącego wokół Słońca. Zdecydowana większość gazu składałaby się z lżejszych pierwiastków, takich jak wodór i hel. Wczesna Ziemia miała w atmosferze dużą ilość wodoru i helu, które powoli ulatniałyby się w kosmos z powodu małej masy tych gazów. Obecnie wodór i hel stanowią mniej niż 1 procent ziemskiej atmosfery.
Para wodna
Para wodna została wytworzona przez wczesną aktywność wulkaniczną, a także z komet przenoszących wodę uderzających w ziemię. Para wodna pozostała w postaci gazowej, ponieważ wczesna Ziemia była zbyt gorąca, aby woda mogła istnieć w postaci ciekłej. Oceany ciekłej wody pojawiły się dopiero około miliarda lat po uformowaniu się Ziemi.
Dwutlenek węgla
Dwutlenek węgla został uwolniony przez wulkany na wczesnej Ziemi i był jednym z głównych składników jej atmosfery. Wraz ze starzeniem się Ziemi aktywność wulkaniczna zmniejszyła się, a niektóre organizmy zaczęły wykorzystywać dwutlenek węgla w fotosyntezie. Doprowadziło to do stałego spadku poziomu dwutlenku węgla. Dzisiejsza atmosfera składa się tylko z 0,04 procent dwutlenku węgla.
Azot
Wulkany na wczesnej Ziemi również produkowały azot, który stał się głównym składnikiem atmosfery. Azot jest niezbędny do tworzenia elementów budulcowych życia, takich jak aminokwasy. Obecnie azot jest największym składnikiem ziemskiej atmosfery, stanowiąc około 78% gazów.
Tlen
We wczesnej atmosferze nie było tlenu, dopóki proste organizmy nie wykształciły zdolności do przeprowadzania fotosyntezy. Podczas tego procesu światło słoneczne i dwutlenek węgla są wykorzystywane do wytwarzania energii, uwalniając tlen jako produkt uboczny. Badania geochemiczne sugerują, że tlen stał się składnikiem atmosfery około 2 miliardy lat po uformowaniu się Ziemi. Niewielka część atomów tlenu wiąże się, tworząc ozon – cząsteczkę składającą się z trzech atomów tlenu – w górnej atmosferze. Obecnie tlen stanowi około 21% gazów atmosferycznych i jest niezbędny do życia. Większość żywych stworzeń wykorzystuje prosty tlen cząsteczkowy do wytwarzania energii. Warstwa ozonowa odgrywa zasadniczą rolę, pochłaniając szkodliwe światło ultrafioletowe w dzisiejszej atmosferze.