Według University of Michigan prymitywna Ziemia nie miała atmosfery, dopóki gazy nie zostały uwolnione z wnętrza planety. Szybko poruszające się gazy i masywne erupcje wulkanów doprowadziły do powstania dwóch wyraźnych, ale równie ważnych warstw atmosfery.
Według NASA najwcześniejsza atmosfera na Ziemi składała się prawdopodobnie tylko z wodoru i helu, dwóch z najobfitszych substancji we wszechświecie. Gazy te składały się również z dysku gazowego wokół Słońca, z którego utworzyła się Ziemia i wszystkie otaczające ją planety. Kiedy atmosfera po raz pierwszy uformowała się, Ziemia była wyjątkowo gorąca i niegościnna dla życia, które obecnie na niej istnieje. Cząsteczki wodoru i helu unoszące się nad powierzchnią Ziemi ostatecznie przyjęły taką prędkość, że uniknęły grawitacyjnego przyciągania Ziemi i dryfowały w kosmos. W wyniku tego procesu powstała pierwsza warstwa atmosfery ziemskiej.
NASA wyjaśnia, że druga warstwa atmosfery powstała w ciągu miliardów lat z powodu ogromnych erupcji wulkanicznych. W tym czasie na powierzchni Ziemi znajdowało się znacznie więcej wulkanów, co spowodowało globalne uwolnienie gazów z wnętrza Ziemi. Gazy te obejmowały parę wodną, dwutlenek węgla i amoniak. Ostatecznie molekuły amoniaku zostały rozbite przez światło słoneczne i pozostawiły za sobą azot i wodór, powodując powstawanie warunków atmosferycznych, które istnieją dzisiaj.
