Yaklaşık 4 milyar yıl önce, okyanuslar yeryüzünde yoğunlaşmaya başlarken, volkanik patlamalar ilkel atmosfere nitrojen, karbondioksit, metan, amonyak ve hidrojen saldı. Ancak yaşam özelliklerine sahip organizmalar başlangıçta yeryüzünde mevcut değildi. Bilim adamları, bir iç ortamı geliştirebilecek, çoğaltabilecek ve sürdürebilecek organizmaların nasıl evrimleştiğini belirlemek için deneyleri kullandılar.

1920'lerde bilim adamları Oparin ve Haldane, dünyanın ilk zamanlarında basit biyolojik bileşiklerin oluşmuş olabileceği fikrini öne sürdüler. 30 yıldan fazla bir süre sonra, Chicago Üniversitesi'nden Stanley Miller ve Harold Urey, bu hipotezi, bir laboratuvar cihazında erken dünya atmosferinin ve okyanusların koşullarını simüle ederek test ettiler. Bir enerji kaynağı olarak elektriği kullanan Miller-Urey deneyi, amino asitler ve diğer organik moleküller üretti ve bu, erken dünyanın ortamının biyolojik moleküllerin oluşumuna elverişli olduğunu gösterdi. Daha yeni deneyler, karşılaştırılabilir sonuçlar verdi ve amino asitlerin okyanustaki volkanik aktivite alanları veya hidrotermal menfezlerin yakınında oluşmuş olabileceğini öne sürüyor.

Amino asitler ve küçük organik moleküller, daha karmaşık makromolekülleri oluşturmak için kendi kendilerine birleşmiş olabilirler. Örneğin, amino asitlerin veya nükleotitlerin sıcak kuma damlatılması, sırasıyla karşılık gelen polimerlerin, proteinlerin ve nükleik asitlerin oluşumuyla sonuçlanabilir. Lipid adı verilen bir makromolekül sınıfı, daha sonra ayrı bir iç ortam sağlayan veziküller oluşturmuş olabilir. İçeriyi dışarıdan ayırma yeteneği, yaşamın temel özelliklerinden biridir. Yaşamın bir başka özelliği de genetik malzemeye sahip olmasıdır; RNA muhtemelen ilk kalıtsal genetik bilgiydi. Protohücreler olarak adlandırılan özel veziküller muhtemelen kendini kopyalayabilen RNA içeriyordu. Bu basit protohücreler aynı zamanda büyüyebildi ve gelişerek yeryüzünde hücresel yaşamın oluşumuna zemin hazırlayabildi.