據天文學家推測，行星是由一些巨大的氣體和塵埃旋轉形成的，而構成這些氣塵雲的各種元素，其比例一般等於它們在宇宙中通常佔有的百分比。行星中約有百分之九十的原子是氫，還有百分之九是氦，剩下的則包括其他所有元素——主要是氖、氧、碳、氮、氬、硫、硅、鎂、鐵和鋁。
地球的固態球體本身是各種岩石的混合物，由通過化學力結合成緊密分子的鎂、鐵、鋁的硅酸鹽和硫化物所組成。多餘的鐵則慢慢地沉到岩層下面，形成熾熱的金屬核心。
當地球的這些固體成分聚攏在一起時，也會捕集到一些氣態物質，這些氣體會存在於固體微粒之間，或者與固體形成鬆散的化學結合。這些氣體中有氮、氖、氬的原子——它們不與其他元素化合。此外還有氫原子。氫或自己成對地結合成氫分子（Ｈ２），或與其他原子化合。它能與氧化合生成水（Ｈ２Ｏ），與氮化合生成氨（ＮＨ３），或與碳化合生成甲烷（ＣＨ４）。
隨著構成地球的物質的不斷堆積，壓力就會越來越大，火山噴發也會越來越猛烈，這些氣體就會被擠壓出來。氫、氦和氖的分子由於太輕，地球留不住，就迅速地逃逸掉了。剩下來的就組成了大氣。它們是水蒸汽、氨、甲烷，再加上一點兒氖。水蒸汽的大部分（不是全部）冷凝下來，就形成了海洋。
木星和土星等行星所具有的也是這種大氣，不過，由於它們的質量相當大，能夠把氫、氦和氖保留下來。
但是，內行星的大氣層已開始進入化學進化階段了。來自離得很近的太陽的紫外線，把水蒸汽的分子破壞成氫和氧的分子。氫逃逸掉了，而氧卻留了下來。它們越聚越多，並且與氨和甲烷發生化合。氧與氨化合時，生成氮和水；氧與甲烷化合時，生成二氧化碳和水。漸漸地，內行星大氣層的成分就從氨加甲烷變成了氮加二氧化碳。今天，火星和金星仍然具有這種氮加二氧化碳的大氣層、地球在幾十億年前開始出現生命的時候，一定也是有這種大氣層的。
而且，這種大氣是穩定的。它一旦形成，總有一部分當紫外線分解水蒸汽時生成的自由氧（其分子式為Ｏ２，由兩個氧原子組成）積聚起來。紫外線還會進一步把這種氧變為臭氧（其分子式為Ｏ３，由三個氧原子組成）。臭氧會吸收紫外線，並把它截住，使它幾乎不能穿過臭氧層進入上層大氣層去分解下層的水分子，因此，大氣層的化學進化即告終止——直到後來又出現了新情況時為止。
在地球上，這種新情況已經出現過了。在偶然的情況下，有一些生命萌發了，它們能利用可見光來分解水分子。臭氧層並不阻擋可見光的通過，因此，上述過程（即光合作用）會無限地進行下去。在光合作用下，二氧化碳被吸收，而氧氣則被釋放出來。這大概是五億年前開始的。從那時候起，大氣層就被轉變為今天這種氮氣加氧氣的結構。