Theo Đại học Michigan, Trái đất nguyên thủy không có khí quyển cho đến khi khí thoát ra từ bên trong hành tinh. Các chất khí di chuyển nhanh và các vụ phun trào núi lửa lớn đã dẫn đến việc tạo ra hai lớp khí quyển khác biệt nhưng quan trọng như nhau.
Theo NASA, bầu khí quyển đầu tiên của Trái đất có thể chỉ bao gồm hydro và heli, hai trong số những chất phong phú nhất trong vũ trụ. Những khí này cũng tạo nên đĩa khí xung quanh Mặt trời, từ đó Trái đất và tất cả các hành tinh xung quanh được hình thành. Khi bầu khí quyển mới hình thành, Trái đất cực kỳ nóng và không phù hợp với sự sống hiện đang tồn tại trên đó. Các phân tử hydro và heli bay lơ lửng trên bề mặt Trái đất cuối cùng đã mang vận tốc đến mức chúng thoát khỏi lực hút của Trái đất và trôi dạt vào không gian. Quá trình này dẫn đến sự hình thành lớp đầu tiên của khí quyển Trái đất.
NASA giải thích rằng lớp khí quyển thứ hai được hình thành trong hàng tỷ năm do các vụ phun trào núi lửa lớn. Vào thời điểm này, có rất nhiều núi lửa trải rộng trên bề mặt Trái đất, điều này dẫn đến khí từ bên trong Trái đất được giải phóng trên toàn cầu. Những khí này bao gồm hơi nước, carbon dioxide và amoniac. Cuối cùng, các phân tử amoniac bị ánh sáng mặt trời phá vỡ và để lại nitơ và hydro, gây ra sự hình thành các điều kiện khí quyển tồn tại ngày nay.
