Ongeveer 4 miljard jaar geleden begonnen oceanen op aarde te condenseren, terwijl stikstof, koolstofdioxide, methaan, ammoniak en waterstof in de oeratmosfeer vrijkwamen door vulkaanuitbarstingen. Organismen die kenmerken van leven vertonen waren echter aanvankelijk niet op aarde aanwezig. Wetenschappers hebben experimenten gebruikt om te bepalen hoe organismen evolueerden die konden groeien, zich voort konden planten en een interne milieu in stand konden houden.
In de jaren twintig stelden de wetenschappers Oparin en Haldane het idee voor dat eenvoudige biologische verbindingen gevormd hadden kunnen worden op de vroege aarde. Meer dan 30 jaar later testten Stanley Miller en Harold Urey van de Universiteit van Chicago deze hypothese door de omstandigheden van de vroege atmosfeer en oceanen van de aarde in een laboratoriumapparaat te simuleren. Door elektriciteit als energiebron te gebruiken, genereerde het Miller-Urey-experiment aminozuren en andere organische moleculen, wat aantoont dat de omgeving op de vroege aarde bevorderlijk was voor de vorming van biologische moleculen. Recentere experimenten hebben vergelijkbare resultaten opgeleverd en suggereren dat aminozuren gevormd kunnen zijn in de buurt van gebieden met vulkanische activiteit of hydrothermale openingen in de oceaan.
Aminozuren en kleine organische moleculen kunnen vervolgens zelf zijn geassembleerd om complexere macromoleculen te vormen. Door aminozuren of nucleotiden in heet zand te druppelen kunnen bijvoorbeeld respectievelijk de overeenkomstige polymeren, eiwitten en nucleïnezuren vormen. Een klasse van macromoleculen die lipiden worden genoemd, kan dan blaasjes vormen die een afzonderlijke, interne omgeving vormen. Dit vermogen om de binnenkant van de buitenkant te scheiden is een van de belangrijkste kenmerken van het leven. Een ander kenmerk van het leven is het bezit van genetisch materiaal; RNA was waarschijnlijk de eerste erfelijke genetische informatie. Gespecialiseerde blaasjes, protocellen, bevatten waarschijnlijk RNA dat zichzelf zou kunnen repliceren. Deze eenvoudige protocellen zouden ook kunnen groeien en evolueren, en zo ten grondslag liggen aan de vorming van cellulair leven op aarde.
