Zem sa sformovala približne pred 4,5 miliardami rokov spolu s ďalšími siedmimi planétami v slnečnej sústave. Keď sa Zem ochladila, vytvorila sa primitívna atmosféra odplynením skorých sopiek. Počiatočná atmosféra neobsahovala žiadny kyslík a bola by toxická pre ľudí, ako aj pre väčšinu dnešného života na Zemi.
Vodík a hélium
Predpokladá sa, že Zem sa formovala z plynu a prachu obiehajúcich okolo Slnka. Prevažná väčšina plynu by bola zložená z ľahších prvkov, ako sú vodík a hélium. Ranná Zem mala v atmosfére veľké množstvo vodíka a hélia a to by kvôli nízkej hmotnosti týchto plynov pomaly uniklo do vesmíru. V súčasnosti tvoria vodík a hélium menej ako 1 percento zemskej atmosféry.
Vodná para
Vodná para bola vyrobená skorou sopečnou činnosťou a tiež z vodných komét dopadajúcich na Zem. Vodná para zostávala v plynnej forme, pretože raná Zem bola príliš horúca na to, aby voda mohla existovať v tekutej forme. Oceány s tekutou vodou sa objavili až približne miliardu rokov po vzniku Zeme.
Oxid uhličitý
Oxid uhličitý bol uvoľňovaný sopkami na ranej Zemi a bol jednou z hlavných zložiek jeho atmosféry. Ako Zem starla, množstvo vulkanickej aktivity klesalo a niektoré organizmy začali využívať oxid uhličitý pri fotosyntéze. To viedlo k trvalému poklesu hladín oxidu uhličitého. Dnešná atmosféra pozostáva iba z 0,04 percenta oxidu uhličitého.
Dusík
Sopky na ranej Zemi produkovali aj dusík, ktorý sa stal hlavnou zložkou atmosféry. Dusík je nevyhnutný pre vytváranie stavebných kameňov života, ako sú aminokyseliny. Dnes je dusík najväčšou zložkou zemskej atmosféry a predstavuje približne 78 percent plynov.
Kyslík
V ranej atmosfére nebol kyslík, kým jednoduché organizmy nevyvinuli schopnosť vykonávať fotosyntézu. Počas tohto procesu sa slnečné žiarenie a oxid uhličitý používajú na výrobu energie a na uvoľnenie kyslíka ako vedľajšieho produktu. Geochemické štúdie naznačujú, že kyslík sa stal súčasťou atmosféry približne 2 miliardy rokov po vzniku Zeme. Malá časť atómov kyslíka je naviazaná na vytvorenie ozónu - molekuly pozostávajúcej z troch atómov kyslíka - v horných vrstvách atmosféry. V súčasnosti predstavuje kyslík asi 21 percent atmosférických plynov a je nevyhnutný pre život. Jednoduchý molekulárny kyslík používa väčšina živých tvorov na výrobu energie. Ozónová vrstva hrá v dnešnej atmosfére zásadnú úlohu tým, že absorbuje škodlivé ultrafialové svetlo.
