L'atmosphère terrestre a subi des changements radicaux au cours de l'histoire de la planète. Initialement, la première atmosphère était issue du dégazage des éléments volatils de l’intérieur de la Terre lors de sa formation. Cette matière riche en substances volatiles était probablement présente dans le manteau terrestre primordial, libérée lors des éruptions volcaniques. L'hydrogène, la vapeur d'eau, le méthane, le monoxyde de carbone et l'azote sont quelques-uns des principaux composants de l'atmosphère primitive.

À mesure que la planète se refroidissait, la vapeur d'eau s'est condensée pour former des océans et une partie importante du dioxyde de carbone s'est dissoute dans les eaux, contribuant ainsi au développement de la chimie des premiers océans. La nature réductrice de l’atmosphère primitive, avec peu ou pas d’oxygène moléculaire libre, a ouvert la voie à l’essor de la vie sur Terre, car les organismes primitifs pouvaient exploiter l’énergie facilement disponible des molécules inorganiques.

Plus tard, les processus biologiques ont conduit à la transformation de l’atmosphère, notamment grâce à la photosynthèse réalisée par les cyanobactéries. L'oxygène a commencé à s'accumuler en tant que sous-produit de la photosynthèse, entraînant la création d'un environnement oxydant. Ce processus d’oxygénation a finalement conduit à l’atmosphère riche en oxygène que nous connaissons aujourd’hui, permettant à des formes de vie complexes d’évoluer et de s’épanouir.