Circa 4 miliardi di anni fa, gli oceani cominciarono a condensarsi sulla terra, mentre le eruzioni vulcaniche rilasciavano azoto, biossido di carbonio, metano, ammoniaca e idrogeno nell'atmosfera primordiale. Tuttavia, gli organismi con le caratteristiche della vita non erano inizialmente presenti sulla terra. Gli scienziati hanno usato la sperimentazione per determinare come si sono evoluti organismi che potrebbero crescere, riprodursi e mantenere un ambiente interno.

Negli anni '20, gli scienziati Oparin e Haldane proposero l'idea che semplici composti biologici potessero essersi formati sulla terra primordiale. Più di 30 anni dopo, Stanley Miller e Harold Urey dell'Università di Chicago hanno testato questa ipotesi simulando le condizioni dell'atmosfera e degli oceani della terra primitiva in un apparato di laboratorio. Utilizzando l'elettricità come fonte di energia, l'esperimento Miller-Urey ha generato aminoacidi e altre molecole organiche, dimostrando che l'ambiente della terra primordiale era favorevole alla formazione di molecole biologiche. Esperimenti più recenti hanno prodotto risultati comparabili e suggeriscono che gli amminoacidi potrebbero essersi formati vicino ad aree di attività vulcanica o prese d'aria idrotermali nell'oceano.

Gli amminoacidi e le piccole molecole organiche possono quindi essersi auto-assemblati per formare macromolecole più complesse. Ad esempio, gocciolare aminoacidi o nucleotidi nella sabbia calda può provocare la formazione dei polimeri, delle proteine e degli acidi nucleici corrispondenti, rispettivamente. Una classe di macromolecole chiamate lipidi può aver poi formato vesciche fornendo un ambiente interno separato. Questa capacità di separare l'interno dall'esterno è una delle caratteristiche chiave della vita. Un'altra caratteristica della vita è il possesso di materiale genetico; L'RNA è stata probabilmente la prima informazione genetica reperibile. Le vesciche specializzate, chiamate protocelle, probabilmente contenevano RNA che poteva replicarsi. Queste semplici protocelle potrebbero anche crescere ed evolversi, ponendo le basi per la formazione della vita cellulare sulla terra.