إن الغلاف الجوي للكرة الأرضية كان مختلفاً بشكل كبير عما هو عليه الآن، والتغيرات الحاصلة عبر العصور الجيولوجية ما هي إلا نتيجة للفعالية الحيوية المترافقة ببعض التفاعلات الكيميائية.

يرجع تاريخ الخلايا الحية الأولية إلى حوالي 3.5 بليون سنة ماضية، حيث كان الغلاف الجوي خال من الأوكسجين، ويتألف من مجموعة من الغازات مثل، ثاني أوكسيد الكربون، بخار الماء، وربما الميتان، والأمونيا، والهيدروجين. بالتعرض بشكل كثيف للأشعة فوق البنفسجية المحطمة للروابط بالإضافة للبروق والإشعاعات النووية التي قدمت الطاقة الكافية للتفاعلات الكيميائية، نتجت جزيئات معقدة كالحموض الأمينية والسكاكر. حيث بدأ تطور هذه الجزيئات المعقدة في البحار الغنية بمزائج من المواد الكيميائية لتعطي الخلية الحية البدائية، والتي كانت تستمد طاقتها من تخمرات المواد العضوية المتشكلة نتيجة التفاعلات الكيميائية والتفاعلات الكيميائية الضوئية. ومع تطور بنية الخلايا البدائية أصبح من الممكن إنتاج المواد العضوية CH₂O بالتركيب الضوئي:

بإنتاج الأوكسجين عبر التركيب الضوئي، وضع حجر الأساس البدائي للتبادلات الكيميائية الحيوية والذي نتج عنه تقريباً الأوكسجين الجوي الكلي.

من الممكن أن يكون الأوكسجين الناتج عن عملية التركيب الضوئي شديد الفعالية مما قد يسهم في تخريب الخلايا الحية البدائية، وقد يتفاعل مع المعادن كالحديد بوجود الماء متحولا إلى أكاسيد معدنية كأوكسيد الحديد. والذي يدل وجوده مثلاً الثنائي على إصدارات الخلايا البدائية للأوكسجين الحر:

تطور لاحقاً النظام الأنزيمي عند بعض المتعضيات، مما مكنها من القيام بدور الوسيط لتفاعل الأوكسجين الفعال مع المواد العضوية القابلة للأكسدة في البحار. ثم تطور هذا الدور عند المتعضيات كوسيلة لإنتاج الطاقة عن طريق التنفس، وعندها تراكم الأوكسجين في الغلاف الجوي، وبدأت تتشكل طبقة الأوزون الماصة للطاقة الضوئية وخاصةً طاقة الأشعة فوق البنفسجية الكافية لتحطيم الروابط. فحمت بذلك الخلايا الحية من التخرب، لتصبح البيئة الأرضية أكثر ملائمة للحياة، وأصبح من الممكن للحياة أن تنتقل من الأوساط البحرية إلى اليابسة.