A vida é o fenómeno mais complexo da Terra. Como é que a vida surgiu? Esta é uma questão científica que ainda não foi totalmente resolvida.
Em 1924, o cientista soviético Oparin propôs a teoria dos agregados. Os agregados são polímeros de proteínas e ácidos nucleicos, que possuem uma estrutura semelhante à de uma membrana e podem realizar reações como a produção de amido ou nucleótidos poliméricos com a ajuda de enzimas. Em 1953, o cientista americano Miller simulou a atmosfera primitiva com uma mistura de gases como hidrogénio, vapor de água, metano e amoníaco e, após uma descarga elétrica, descobriu pequenas moléculas nitrogenadas como os aminoácidos no líquido condensado. Isto sugere que as moléculas biológicas pequenas, como os aminoácidos, poderiam ter-se formado na superfície ou na atmosfera da Terra primitiva e, em seguida, entrado no oceano com a água da chuva, agregando-se para formar proteínas e ácidos nucleicos. Estes agregados, juntamente com os organismos marinhos, produziram estruturas semelhantes a membranas, que acabaram por dar origem à vida primitiva.
O aspeto da Terra primitiva era muito diferente do que é hoje. Naquela época, havia vulcões por todo o lado, a atmosfera era muito fina e, devido à falta de oxigénio e à ausência de uma camada de ozono, toda a Terra estava exposta a raios ultravioleta intensos. Mesmo que os aminoácidos fossem produzidos acidentalmente por relâmpagos, seriam facilmente destruídos pelas forças naturais. Por este motivo, alguns cientistas sugerem que a matéria viva pode ter sido trazida para a Terra do espaço exterior por impactos de meteoritos. No entanto, tem sido difícil encontrar provas convincentes, uma vez que os meteoritos enfrentam temperaturas extremamente altas ao atravessar a atmosfera, o que dificulta a preservação da matéria viva.
Outra possibilidade é que a vida não tenha surgido na superfície da Terra, mas sim nas profundezas do oceano. Os "chaminés negras" no fundo do mar libertam metano, amoníaco e outras substâncias que, sob a ação de altas temperaturas e catalisadores de sulfureto, podem formar purinas, nucleótidos e outros compostos orgânicos, que por sua vez formam agregados e, possivelmente, vida. Embora o ambiente do fundo do mar seja extremamente hostil para os organismos terrestres de hoje, é estável e fornece energia e nutrientes suficientes. Se a vida tivesse surgido lá, provavelmente teria sido preservada sem ser destruída. Atualmente, os cientistas já descobriram alguns organismos nucleares semelhantes a bactérias nas profundezas do mar e do subsolo, que sobrevivem em ambientes extremos (como temperaturas superiores a 100 °C, ambientes com baixo teor de enxofre e oxigénio, alta salinidade e fortes ácidos ou bases), e as suas características moleculares biológicas, como o processo de transcrição de genes, são significativamente diferentes das das bactérias, sendo mais próximas das dos eucariotas. Em 1977, os microbiologistas estabeleceram um novo grupo de organismos nucleares, os arqueobactérios, que podem estar relacionados com a vida primitiva. No entanto, a investigação sobre a origem e evolução dos arqueobactérios ainda está numa fase inicial e não fornece provas suficientes para a origem da vida.
Provas mais fiáveis da origem da vida provêm do registo fóssil. Os fósseis podem, em certa medida, preservar as formas iniciais da vida, como algas primitivas e bactérias, bem como investigações em áreas como a sedimentologia.
Os primeiros fósseis de algas são principalmente estromatólitos, formados por algas que remontam a há 3,5 mil milhões de anos. Os geólogos descobriram fósseis de filamentos semelhantes a bactérias em rochas vulcânicas, que se acreditam ser fósseis de arqueobactérios, com uma idade estimada de cerca de 3,5 mil milhões de anos. Teoricamente, devem existir fósseis de vida primitiva enterrados nas camadas geológicas, mas ainda não foram descobertos.
A investigação em áreas como a sedimentologia também contribui para a compreensão da origem da vida. Uma das rochas sedimentares mais antigas da Terra, a camada de ferro bandada, formou-se principalmente durante o Éon do Eónico, há cerca de dois mil milhões de anos, e é um recurso importante de minério de ferro em regiões como a China do Norte e a Rússia. A sua deposição em grande escala exigiu uma grande quantidade de oxigénio, e o aumento do teor de oxigénio fez com que o ião ferroso, que é solúvel na água, fosse oxidado para o ião férrico, formando depósitos de óxido de ferro. No início da Terra, o teor de oxigénio era baixo e a camada de ferro bandada registou este facto.Foi o primeiro aumento significativo da concentração de oxigénio na atmosfera e nos oceanos. É possível que o primeiro evento de oxigenação da Terra tenha sido realizado pelas primeiras formas de vida.