科学家们推断，地球诞生之初是一个炽热的火球。地球上的一切元素都呈现为气体状态。那时候的地球上绝不可能有生命存在。随着地球温度慢慢降低，在地球中心逐渐形成固体的行星胚胎，外层则是地球的第一代大气。对第一代大气人们所知不多，但它的主要成分是氢和氦这一点为科学界所公认。不过第一代大气寿命不长，只存在了几千万年，就在威力巨大的太阳风扫荡下，挣脱地球的引力，遨游太空去了。
其后，由于地球形成过程中内部剧烈的变化，火山活动频繁。地球内部物质分解产生的大量气体，随火山喷发而冲破地壳，逐渐形成第二代大气。第二代大气称为原始大气。原始大气的成分众说不一，但比较多的人认为主要是甲烷(CH4)、氨（NH3）、水蒸气（H2O）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、硫化氢（H2S）等等。它与现在大气成分完全不同，不是以游离氧、氮的分子状态出现，而是以化合物的形式存在。这些化合物的名声在今天人类的眼中可不太好，它们能使生命窒息，或使生命中毒，因此它们是一堆死物。但这些死物却是地球上产生生命物质的最原始的材料。
原始大气的各种成分，在宇宙射线、地球上的放射性物质、太阳紫外线、雷电闪光等自然界能量作用下，逐渐从无机物的小分子合成为氨基酸、嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖、卟啉等有机物小分子。这是化学进化的第一个阶段。实际上，在有机物小分子开始出现的时期，它们的生成速度很慢，数量也很少。不过自然界物质总数量巨大，形成各种新分子的机会总是有的，加上亿万年漫长时间的积累，地球上的有机物小分子就越来越丰富了。
在原始大气中，水蒸气是一个重要的成员。不过开始时，它是以热腾腾的蒸气形式存在于地表之上，并没有形成河流和海洋。随着地球温度的降低，水蒸气逐渐凝结成水，而大气中的有机物小分子就随水流到原始的海洋中。原始海洋中的有机物越来越丰富。而那时生命还没有出现，能够分解有机物的微生物还不存在，所以不会有发霉变质的可能。整个原始海洋就像一锅营养丰富而又温热清洁的“有机汤”，它的存在为进一步的化学进化创造了有利的条件。
在原始海洋中的有机物小分子氨基酸、核苷酸等，在长期的相互作用中，通过缩合、聚合等作用，许多小分子连在一起形成了大分子，这些大分子就是原始的蛋白质分子和核酸分子。从有机物小分子逐步形成有机物高分子的演化发展过程就是化学进化的第二个阶段。
在这里，必须提到碳元素的重要作用。碳原子的原子核外一共有6个电子，2个在内层，4个在外层。它不像化学元素周期表中第Ⅰ族的碱金属那样容易失去电子而表现为正价，也不像第Ⅶ族的卤素那样容易得到电子而表现为负价。它所形成的化合物，大多数都是以与其他元素共用电子对而形成的共价化合物。一般来说，共价键形成的分子极性不强，分子中原子的结合不如离子化合物那样牢固。但是碳元素处在第Ⅱ周期，它的原子半径比较小，最外层的负电子离原子核比较近，所以形成的共价键仍然比较牢固。碳原子的这种结构特点，为形成大分子甚至多分子物质提供了可能性。
核酸和蛋白质一样，也是生命的最基本物质之一。它是由许多个核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的高分子化合物。它的出现和形成与蛋白质有着类似的过程。地球上蛋白质和核酸的出现，标志着化学进化进入了重要的阶段，只要再向前走一步，生命的曙光就在前头。
由于原始海洋中蛋白质、核酸等各种有机高分子物质越积越多，浓度不断加大。在某种外部条件的作用下，这些有机高分子物质浓缩分离出来，相互作用聚集成小滴。这些小滴的外面包有最原始的界膜，使小滴内部与周围的海洋环境分开，形成独立的多分子体系。这样的独立多分子体系已经能够与外界的环境进行某种物质交换的活动。这是化学进化的第三阶段。再从多分子体系演变为原始初级的生命，就是化学进化的第四阶段。这个阶段是最复杂、最有决定意义的。但是从无生命到有生命的物质之间并没有一条绝对的分界线，也就是说，生命没有明确的起始点。虽然蛋白质和核酸是重要的生命物质，但它们还不具有生命的形态，只有当它们共同组成蛋白体的时候，生命现象才真正表现出来。蛋白体的特征是能够新陈代谢，能与周围环境进行物质和能量的交换，并且能在新陈代谢基础上保存自己、发展自己，还具有自我繁殖、维持物种延续的能力。