Le système solaire s'est formé il y a environ 4,6 milliards d'années. Même si nous ne pouvons pas assister à l’événement, les scientifiques le reconstituent à l’aide de modèles théoriques et de preuves empiriques. Un nuage massif composé principalement d’hydrogène s’est effondré sous l’effet de la gravité, enflammant le Soleil en son cœur. Le rayonnement solaire qui en résulte pousse les éléments plus légers vers l'extérieur tandis que la gravité attire les atomes plus lourds vers l'intérieur, ouvrant ainsi la voie à la formation des planètes.
Alors que la gravité du Soleil s’équilibrait avec la pression extérieure, les atomes proches ont commencé à s’accumuler en amas de plus en plus grands. Ces protoplanètes se sont développées en entrant en collision les unes avec les autres, pour finalement former les planètes que nous voyons aujourd’hui. La proximité du Soleil déterminait la composition :les planètes intérieures incorporaient des matériaux plus lourds, tandis que les corps extérieurs conservaient des éléments plus légers. À l'intérieur de chaque planète, la différenciation a concentré les matériaux les plus denses vers le noyau, laissant les substances plus légères plus près de la surface.
Au début des années 1970, les planétologues ont proposé l’hypothèse de l’impact géant (ou grand impact). Il postule qu'un corps de la taille de Mars, souvent appelé Theia, est entré en collision avec la proto-Terre. La frappe oblique a éjecté une quantité importante de matière externe de la Terre en orbite, qui a ensuite fusionné dans la Lune. L'impact a également incliné l'axe de rotation de la Terre d'environ 23,5°, produisant le cycle saisonnier que nous connaissons.
Parce que le noyau du corps en collision a fusionné avec celui de la Terre, seul le matériau plus léger, semblable à une croûte, a été projeté dans l’espace. Par conséquent, la masse de la Lune est pauvre en fer et en autres éléments lourds, ce qui lui confère une densité inférieure à celle de la Terre. Cette observation, ainsi que la rotation synchrone de la Terre et de la Lune et la correspondance précise des signatures isotopiques, soutiennent fortement le modèle d'impact géant.