La Terra si è formata 4,6 miliardi di anni fa. Come fanno i geologi a capire la storia passata della Terra? Un lavoro importante consiste nell'analizzare le formazioni geologiche. Le formazioni geologiche si riferiscono generalmente a strati di roccia formatisi durante la storia geologica, incluse le rocce sedimentarie, le rocce ignee e le rocce metamorfiche derivate da entrambe. Ad esempio, attualmente, i più antichi strati sedimentari trovati sulla Terra risalgono a 3,9 miliardi di anni fa, dimostrando che almeno 3,9 miliardi di anni fa, sulla Terra esistevano già acqua e atmosfera, poiché la presenza di acqua permetteva ai frammenti di roccia intaccati di depositarsi nell'acqua.
Le formazioni geologiche formate tra 3,9 e 2,54 miliardi di anni fa sono state in gran parte metamorfizzate a causa della loro antichità, dei ripetuti grandi movimenti della crosta terrestre, delle distruzioni e delle attività di magma ad alta temperatura. Questo ha causato deformazioni nella struttura delle rocce e un aumento della loro durezza e complessità. In questo periodo si sono formati alcuni enormi giacimenti di ferro sedimentario, come il giacimento di ferro di Anshan, nella provincia di Liaoning. La temperatura superficiale in questo periodo era molto alta, circa 70 °C (rispetto ai 15 °C attuali), e la mancanza di ossigeno rendeva difficile la sopravvivenza degli organismi, ma favoriva la crescita dei cianobatteri, che possono essere fossilizzati nelle formazioni geologiche. Tuttavia, poiché i cianobatteri erano ancora pochi a quel tempo, non hanno contribuito molto alla classificazione delle formazioni geologiche. Inoltre, gli strati sedimentari contenevano molti materiali vulcanici, oltre a frequenti e grandi movimenti della crosta terrestre, che hanno reso gli strati geologici disomogenei. Per questo motivo, i geologi hanno potuto determinare l'età delle formazioni geologiche solo utilizzando gli elementi radioattivi presenti. Questo periodo è chiamato Eone Arcaico.
Tra 2,54 e 1,9 miliardi di anni fa, i cianobatteri hanno raggiunto il loro apice di sviluppo sulla Terra. Spesso consolidavano i detriti marini intorno a sé, formando spettacolari stromatoliti e persino barriere coralline. Inoltre, apparvero le alghe eucariotiche e le alghe multicellulari. Circa 600 milioni di anni fa, apparvero i primi animali, ma erano pochi e di varietà limitate, come le spugne del phylum Porifera, le meduse del phylum Cnidaria e i vermi del phylum Annelida. Poiché i movimenti della crosta terrestre e le attività magmatiche erano relativamente deboli in questo periodo, le formazioni geologiche si sono metamorfizzate poco, permettendo ai geologi di ottenere maggiori informazioni sul clima, la geografia, l'ambiente, i movimenti della crosta terrestre e le attività magmatiche di quel periodo. Questo periodo differisce notevolmente dall'Eone Arcaico, per cui i paleontologi lo chiamano Eone Proterozoico. Con l'avvento di nuove tecnologie, come l'applicazione della geomagnetica, i geologi hanno scoperto che 2,9 miliardi di anni fa i continenti terrestri erano pochi e si trovavano tutti nell'emisfero settentrionale, formando un "supercontinente" chiamato Pangea.
Dal 1,94 miliardi di anni fa in poi, inizia il Fanerozoico, periodo in cui apparvero numerosi organismi viventi. Dopo l'esplosione cambriana, sulla Terra si svilupparono molti organismi, che si fossilizzarono nei sedimenti, e più recentemente, i fossili sono diventati più numerosi e più complessi e diversificati. I geologi possono dedurre le condizioni paleontologiche, climatiche, geografiche e ambientali, nonché i movimenti della crosta terrestre, le attività magmatiche, i cambiamenti terrestri e marini e la formazione di giacimenti sedimentari, basandosi sui fossili e sulle rocce dei sedimenti. Lo studio delle formazioni geologiche è strettamente legato a quello dei fossili, e costituisce la base della geologia, che è una disciplina a sé stante.