Jelenlegi ismereteink szerint a Föld kb. 4,6 milliárd éves.Több mint 3,5 milliárd évesek azok a kőzetek, amelyekben már élőlénymaradványokat találtak. Ezek az élőlények egysejtű, a ma élő prokariótáknál is egyszerűbb szervezetek lehettek.

Az evolúció kezdetét nem választhatjuk el az ősi Földön lejátszódott fizikai és kémiai folyamatoktól. A frissen kialakult Föld olvadt anyagai sűrűség szerint rétegződtek, a gázokból pedig kialakult a légkör. Az ősi atmoszféra összetétele valószínűleg redukáló jellegű volt, az ősidőkőzeteiben levő gázbuborékokból nitrogén (N2), metán (CH4), víz (H2O), szén-dioxid (CO2), ammónia (NH3), hidrogén (H2) gázokat mutattak ki. Jelenlegi légkörünk főleg nitrogénből és oxigénből áll, a CO2 koncentrációja viszont igen alacsony. A változás az élőlények élettevékenységével hozható kapcsolatba. A légkör és az élővilág története szoros kölcsönhatásban alakult a Föld története során.

Mintegy 3,8 milliárd éve csökkent le annyira a felszín hőmérséklete, hogy a légkörből kicsapódott a víz, amelyből kialakulhattak az ősóceánok. A vízásványi anyagokat oldott ki a kőzetekből. A légkörből a vízbe oldódó CO2 jelentős része a Ca2+- és Mg2+-vegyületekkel karbonáttá alakulva üledékként kivált és kőzeteket alkotott (mészkő, dolomit), így csökkent a légkörszén-dioxid-tartalma.

Az első élő rendszerek, az első primitív sejtek kémiai folyamatok útján jöhettek létre. A sejtek kialakulásához vezető folyamatok összessége a kémiai evolúció.Számos, sokszor megismételt kísérlettel kimutatták, hogy az ősi Föld körülményei között ibolyántúli sugárzás vagy elektromos kisülések (villámlás) hatására olyan szerves vegyületek képződhettek, amelyek a mai élőlényekben fontos szerepet játszanak, mint például aminosavak, karbonsavak, szénhidrátok. A vízben oldott aminosavak a vizsgálat során fehérjeszerű makromolekulákká kapcsolódtak össze. Más kísérletekben a nukleinsavak alkotói, sőt DNS-hez hasonló polinukleotidok is képződtek. A fehérjeszerű makromolekulák aminosavsorrendje és a polinukleotidok nukleotidsorrendje véletlenszerű volt. A kísérletek során a szerves anyagok olyan molekularendszerekké állhattak össze, amelyek már a sejtek bizonyos sajátságait is mutathatták. Az élet keletkezésének talán legkevésbé tisztázott szakasza a nukleinsavak genetikai információtároló és –átadó szerepének kialakulása, valamint a kémiai reakciókat irányító enzimrendszerek összekapcsolódása, vagyis az osztódó és anyagcserét folytató sejt megjelenése.

A biológiai evolúció az első élő rendszerek kialakulásával kezdődött az ősóceánban. Az élőlények még ezt követően is sokáig csak a tengerek 10 méternél mélyebb rétegeiben élhettek. A följebb, esetleg a felszínig sodródó szervezeteket ugyanis a világűrből érkező sugárzás (főleg az ultraibolya sugárzás) elpusztította. A károsító sugarak elnyeléséhez a becslések szerint legalább 10 méter vastag vízrétegre volt szükség. Mai légkörünkben az oxigénből képződő ózon kiszűri az ultraibolya sugárzást, de az ősi légköroxigént – és ezért ózont – még nem tartalmazott.

Az ősi Föld körülményeit modellező kísérlet

A lombikban levő víz fölött az ősi légkör összetételét utánzó gázelegy volt. A beépített elektródok között folyamatosan elektromos kisüléseket hoztak létre, illetve egy másik kísérletben a gáztultraibolya sugarakkal világították meg. Egy hét alatt a vízben sokféle szerves anyag gyűlt össze.