一般认为地球大气层分三个阶段演变而成：初期，在地球凝聚诞生的同时，氢和氦就构成了早期的原始大气层。这层大气寿命很短，在地球形成后不久便被太阳向外不断散射的强烈的粒子流形成的太阳风吹的无影无踪了；同时，地球形成之初，质量还不大，引力较小，加上内部放射性物质衰变和物质融化引起能量转换和增温，使分子热运动加剧，氢、氦这种低分子量的气体便逃逸到空间去了。

    随后，地球温度不断下降，地球冷凝成固体。这时内部高温促使火山频频爆发，产生出二氧化碳、甲烷、氮、水蒸气和硫化氢、氨等具有较大的分子量的气体，它们从地球母亲怀抱中诞生，不愿离去，形成了围绕地球的第二次出现的次生大气。地球的水圈，也正是在这个阶段由水蒸汽凝结降落而形成的。
    随着紫外线对水的光解，大量的氧生成了，地球上开始了生命活动的历程。光合作用生成了碳水化合物，这是植物细胞的基本构成部分。在40亿年前的最初阶段，氧与次生大气中的其他元素物质结合，在雷电、火山等条件下生成了单细胞。在30—20亿年前，原始生命——单细胞的藻类发展到开始通过光合作用又释放出氧（在光合作用下植物吸进二氧化碳，呼出氧气）。此时海洋有效地阻挡了致命的紫外线辐射，使原始生命在海中繁衍起来。最后，高空氧逐渐增多，在光解作用下产生了臭氧层，它使透过大气的紫外线大为减少，促使植物进至海洋上层，又增加了光合作用的机会，从而促进植物生命的大大发展。随着这种相互间的协调和增益过程，直到4亿年前，生命终于跨过了漫长的岁月，从海洋登上了陆地。大气层也演变成今天的样子。可见，生命也正是在大气的参与和保护下，通过以光合作用为主的复杂的过程而形成的。