先カンブリア時代
地球は約46億年前に、太陽の周囲を廻る軌道にあった天体、すなわちミニ惑星が合体して形成されたとされる。小さな塵などが合体して火星ほどの大きさになり、それがさらに10個ほど衝突して現在の地球となった。このうち最後の衝突はジャイアント・インパクトと呼ばれ、月ができる原因になったとされる。原始地球の表面は岩石が溶けたマグマの海で覆われ、水は水蒸気、雲として大気中に存在していた。やがて微惑星の衝突がおさまり表面温度が下がると地殻が形成され、水蒸気は雨として降り海洋を形成したと考えられている。こうした活動が続いたこともあり、約40億年前には地球のほぼ全体が海で覆われるようになった。現在地球上で見つかっている最古の岩石が約44億400万年前のものであることから、少なくともこの頃までには地殻は形成されていたようである。
40億年前から38億年前の期間に、それまで減少傾向だった隕石の衝突が再び急激に増加したことが月のクレーターの調査から明らかになり、隕石重爆撃期と呼ばれるようになってきたが、なぜ太陽系ができてから6億年も経った時期に隕石の衝突が増えたのか、原因はまだ分かっていない。
年代測定の手段が化石の比較による相対年代しかなかった時代には、明瞭な化石が出る最古の時代であるカンブリア紀以前は、年代測定の手段がなく、地質時代を区分することが出来なかった。そのため、先カンブリア時代として一括して扱われた。
隠生代という名称は、大型生物などの化石がほとんど見つからないことから、先カンブリア時代終了から現在までの、化石が大量に見つかる時代である顕生代と対照して名付けられた。
先カンブリア時代のプレートテクトニクスの様子は曖昧にしか分かっていない。当初は海ばかりでほとんど陸は無かったと考えられている。プレートが他のプレートの下に沈み込む場所で造山運動が始まり、小さな島や日本列島のような弧状列島などができ、やがてそれらが拡大、合体して次第に大きな陸塊へと成長していった。約27億年前には、マントルの対流が二層対流から一層対流へと変わったことでプレートが大きくなり、次第に大陸が形成されていった。
またこの頃、激しい火山活動により大陸が急成長した。約19億年前には、初めての超大陸であるヌーナ大陸が形成された。これは現在の北アメリカ大陸ほどの大きさだったとされる。この頃、2度目の大陸急成長が起きた。その後の大陸移動の様子は研究者によって大きく意見の食い違いがあり、存在した大陸の名前も確定していない。
超大陸ヌーナが分裂した後、10億年前に超大陸ロディニアが形成され、6億年前に分裂したという説や、10億年前に超大陸パノティアが形成され、それが一旦分裂した後、6億年前に超大陸ロディニアが形成されたという説、さらには15億年前頃にも超大陸が形成されたという説もある。7億年前から5億年前頃には、3度目の大陸急成長期があった。
初期の大気は地球が形成された約46億年ごろからすでにあったとされているが、その他の初期の大気についてはほとんど分かっていない。地球上での酸素の存在が確認されたのは約35億年前であるが、いずれにしろ当時における酸素成分は非常に少なかった。
初期の大気は、水蒸気がおよそ300気圧、二酸化炭素や一酸化炭素が50気圧から100気圧、窒素が1気圧ほどだったと考えられている。しばらくすると水蒸気が凝縮して海が形成され、二酸化炭素が主成分となった。初期の太陽は光度が現在の70%ほどしか無かったが、大量の二酸化炭素の温室効果のため、現在よりもかなり気温は高かった。地表の気温が60°Cを超えていたと考えられる痕跡も残っている。二酸化炭素は海に吸収されたり、炭酸カルシウムとなって沈殿したりして徐々に減少していった。
27億年前にはシアノバクテリアによる光合成が始まり、酸素が大量に作り出されるようになる。生じた酸素は主に海水中の鉄イオンなどと化学反応を起こし、大量の酸化鉄を沈殿させた。現在使われている鉄鉱石やマンガンなどの大部分は、この時沈殿した酸化物が隆起して地上に現れたものを掘り出して生産されている。古い岩石には、この時に鉄と酸素が結合して沈殿した証拠である縞状鉄鉱層が大量に含まれている。海水中のイオンをほとんど沈殿させると、酸素は大気中へと放出され、蓄積していった。こうして、現在のように、酸素が大気の主成分の1つとなっていった。