Hace unos 4.000 millones de años, los océanos comenzaron a condensarse en la tierra, mientras que las erupciones volcánicas liberaban nitrógeno, dióxido de carbono, metano, amoníaco e hidrógeno en la atmósfera primordial. Sin embargo, los organismos con las características de la vida no estaban presentes inicialmente en la tierra. Los científicos han utilizado la experimentación para determinar cómo evolucionaron los organismos que podrían crecer, reproducirse y mantener un entorno interno.

En la década de 1920, los científicos Oparin y Haldane propusieron la idea de que los compuestos biológicos simples podrían haberse formado en la tierra primitiva. Más de 30 años después, Stanley Miller y Harold Urey de la Universidad de Chicago probaron esta hipótesis simulando las condiciones de la atmósfera y los océanos de la Tierra primitiva en un aparato de laboratorio. Utilizando la electricidad como fuente de energía, el experimento de Miller-Urey generó aminoácidos y otras moléculas orgánicas, mostrando que el ambiente de la tierra primitiva era propicio para la formación de moléculas biológicas. Otros experimentos más recientes han dado resultados comparables y sugieren que los aminoácidos pueden haberse formado cerca de áreas de actividad volcánica o de respiraderos hidrotermales en el océano.

Los aminoácidos y pequeñas moléculas orgánicas pueden entonces haberse autoensamblado para formar macromoléculas más complejas. Por ejemplo, el goteo de aminoácidos o nucleótidos en arena caliente puede dar lugar a la formación de los correspondientes polímeros, proteínas y ácidos nucleicos, respectivamente. Una clase de macromoléculas llamadas lípidos puede haber formado vesículas proporcionando un ambiente interno separado. Esta capacidad de separar el interior del exterior es una de las características clave de la vida. Otra característica de la vida es la posesión de material genético; El ARN fue probablemente la primera información genética hereditaria. Las vesículas especializadas, llamadas protocélulas, probablemente contenían ARN que podía replicarse. Estas protocélulas simples también podrían crecer y evolucionar, preparando el escenario para la formación de la vida celular en la tierra.