L'atmosfera terrestre ha subito drastici cambiamenti nel corso della storia del pianeta. Inizialmente, l'atmosfera primordiale fu prodotta dal degassamento degli elementi volatili dell'interno della Terra durante la sua formazione. Questo materiale ricco di volatili era probabilmente presente all'interno del mantello terrestre primordiale, rilasciato attraverso le eruzioni vulcaniche. Idrogeno, vapore acqueo, metano, monossido di carbonio e azoto sono alcuni dei componenti principali che costituivano l'atmosfera primordiale.

Quando il pianeta si raffreddò, il vapore acqueo si condensò per formare gli oceani e una parte significativa dell'anidride carbonica si dissolse nelle acque, contribuendo allo sviluppo della chimica dei primi oceani. La natura riducente dell’atmosfera primitiva, con poco o nessun ossigeno molecolare libero, ha aperto la strada alla nascita della vita sulla Terra, poiché gli organismi primitivi potevano sfruttare l’energia facilmente disponibile dalle molecole inorganiche.

Successivamente i processi biologici portarono alla trasformazione dell'atmosfera, in particolare attraverso la fotosintesi operata dai cianobatteri. L'ossigeno cominciò ad accumularsi come sottoprodotto della fotosintesi, portando alla formazione di un ambiente ossidante. Questo processo di ossigenazione alla fine portò all’atmosfera ricca di ossigeno che abbiamo oggi, consentendo a forme di vita complesse di evolversi e prosperare.