海
27億年前以後、シアノバクテリアによる光合成が盛んに行われる。光合成は二酸化炭素と水から有機物を合成する化学反応で、副産物として酸素分子を放出する。それまで海水中は酸素分子の存在しない還元的な雰囲気であったが、生命活動による酸素の生産が続いて海水成分の変化が始まった。まず当時海水に大量に溶解していた2価の鉄イオンが酸化され、水に溶解できなくなって海底に沈殿・堆積し始めた。この堆積は19億年前まで継続し、その堆積物が縞状鉄鉱床となった。これが現在世界中で採掘されている鉄鉱石鉱山の起源である。海中の鉄イオンの殆どが沈殿した後、酸素は気体として溜まり始め、大気中の酸素濃度が上昇し始める。またこのころ二酸化炭素の減少による温室効果の減退に起因する寒冷化が進み、それを反映した氷河時代があったとされる。
19億年前に、火山活動が非常に活発になって大きな大陸が形成され、同時に大気中の酸素濃度が上がり始めた。最初の真核生物が生まれたのもこの時期であり、環境の変化と生命の進化の相互関係について検討がなされている。
地球は約46億年前、無数の微惑星が衝突によって融合して成長し、誕生した。誕生直後の地球の表面は、微惑星の衝突エネルギーによる熱で岩石が溶けたマグマの海(マグマオーシャン)に覆われていた。地表はマグマの熱と大気中に大量に存在した二酸化炭素による温室効果で非常な高温となっており、水は全て水蒸気(分厚い雲)として大気中にあった(この二つの物質は微惑星がぶつかった際に放出されたものと考えられる)。
その後、微惑星は原始惑星へ吸収されるなどして次第に数を減らし、微惑星が地球へ衝突する回数も徐々に減り始める。すると高温だった地球も温度が下がり、溶岩も冷え固まりだす。そして徐々に気温が下がると、水蒸気として上空に存在していた水が雨となって、大量に降り続けた結果、マグマオーシャンはそれらにさらに冷やされて固まり、海が誕生した(この頃に降った雨は気圧の関係で300度という非常に高温な熱湯の雨だった)。海が出来ると大気中の二酸化炭素が急速に海水に溶解し、温室効果が減って気温がさらに低下した(この時、同時に気圧も現在に近い所にまで下がって行った)。現在判明している海の最古の証拠はグリーンランドで発見された40億年前の火山岩で、海洋プレートの沈み込み場所に生成した花崗岩である。
6億から8億年前、地球の全ての海洋が凍結する全球凍結が起こったと考えられている。またこの事件の直後の6億年前には最後の大規模な陸地形成が起こった。増加した大陸から大量のナトリウムやカルシウムが海中に供給され、塩分濃度の上昇や二酸化炭素の固定化(石灰石:炭酸カルシウムの形成)が進行した。全球凍結の少し前に発生していた多細胞生物は、氷河時代が終わった後に急速に進化した。約6.2億から5.5億年前のベンド紀には体長が1mにもなる生物の化石も見つかっている。この時代を代表する生物群としては、オーストラリアのエディアカラ丘陵で見つかったエディアカラ生物群が挙げられる。大きさは数cmから約1mに達するものまで多様な生物の化石が見つかっているが、何れも骨格や臓器が判明しないシート状の形態をしており、現生生物との系統的繋がりは判明していない。