Vor rund 4 Milliarden Jahren begannen die Ozeane der Erde zu kondensieren, während Vulkanausbrüche Stickstoff, Kohlendioxid, Methan, Ammoniak und Wasserstoff in die Uratmosphäre freisetzten. Allerdings waren zu diesem Zeitpunkt Organismen mit den Eigenschaften des Lebens noch nicht auf der Erde zu finden. Wissenschaftler führten Experimente durch um zu bestimmen wie sich Organismen entwickelten, die wachsen, sich vermehren und eine innere Umgebung erhalten konnten.
In den 1920er Jahren stellten die Wissenschaftler Oparin und Haldane die Hypothese auf, dass sich einfache biologische Verbindungen auf der frühen Erde gebildet haben könnten. Mehr als 30 Jahre später testeten Stanley Miller und Harold Urey an der Universität von Chicago diese Hypothese, indem sie die Bedingungen der frühen Erdatmosphäre und der Ozeane in einem Laborgerät simulierten. Mit Hilfe von Elektrizität als Energiequelle erzeugte das Miller-Urey-Experiment Aminosäuren und andere organische Moleküle und zeigte, dass die Umgebung der frühen Erde die Bildung biologischer Moleküle förderte. Neuere Experimente haben vergleichbare Ergebnisse erbracht und legen nahe, dass sich Aminosäuren in der Nähe von Gebieten mit vulkanischer Aktivität oder hydrothermalen Quellen im Ozean gebildet haben könnten.
Aminosäuren und kleine organische Moleküle können sich dann zu komplexeren Makromolekülen zusammengesetzt haben. Zum Beispiel führt das Tropfen von Aminosäuren oder Nukleotide in heißen Sand zu der Bildung von entsprechenden Polymere, Proteinen und Nukleinsäuren. Eine Klasse der Makromolekülen, die Lipide, könnte dann Vesikel gebildet haben und somit eine separate, innere Umgebung zur Verfügung gestellt haben. Diese Fähigkeit, das Innere vom Äußeren zu trennen, ist eine der wichtigsten Eigenschaften des Lebens. Ein weiteres Merkmal des Lebens ist der Besitz von genetischem Material. Die RNA stellte wahrscheinlich die erste vererbbare genetische Information dar. Spezialisierte Vesikel (Protozellen) enthielten wahrscheinlich RNA, die sich selbst replizieren konnte. Diese einfachen Protozellen konnten auch wachsen und sich entwickeln und damit die Voraussetzungen für die Entstehung des zellulärem Lebens der Erde schaffen.
