Около 4 миллиардов лет назад океаны начали конденсироваться на Земле, в то время как извержения вулканов выделяли азот, углекислый газ, метан, аммиак и водород в первозданную атмосферу. Однако организмов с характеристиками жизни изначально не было на Земле. Ученые использовали эксперименты, чтобы определить, как развивались организмы, которые могли расти, воспроизводиться и поддерживать внутреннюю среду.

В 1920-х годах ученые Опарин и Холдейн выдвинули идею о том, что простые биологические соединения могли образоваться на ранней Земле. Более 30 лет спустя Стэнли Миллер и Гарольд Юри из Чикагского университета проверили эту гипотезу, смоделировав условия атмосферы и океанов ранней Земли в лабораторных условиях. Используя электричество в качестве источника энергии, эксперимент Миллера-Юри генерировал аминокислоты и другие органические молекулы, показывая, что среда на ранней Земле способствовала образованию биологических молекул. Более поздние эксперименты дали сопоставимые результаты и предполагают, что аминокислоты могли образоваться вблизи районов вулканической активности или гидротермальных источников в океане.

Аминокислоты и небольшие органические молекулы могут затем самоорганизоваться с образованием более сложных макромолекул. Например, попадание аминокислот или нуклеотидов в горячий песок может привести к образованию соответствующих полимеров, белков и нуклеиновых кислот соответственно. Класс макромолекул, называемых липидами, мог затем образовать везикулы, обеспечивающие отдельную внутреннюю среду. Эта способность отделять внутреннее от внешнего - одна из ключевых характеристик жизни. Еще одна характеристика жизни - наличие генетического материала; РНК, вероятно, была первой наследственной генетической информацией. Специализированные везикулы, называемые протоклетками, вероятно, содержат РНК, способную реплицироваться. Эти простые протоклетки также могут расти и развиваться, создавая основу для формирования клеточной жизни на Земле.