地球的大氣層形成初期是不含氧氣的。原始大氣是還原性的，充滿了甲烷、氨等氣體。

大氣層氧氣的出現源于兩種作用，一個是非生物參與的水的光解，一個是生物參與的光合作用。

生物的光合作用對大氣層的影響巨大。它造成了大氣層由還原氛圍向氧化氛圍的轉變。使得水光解產生的氫氣能重新被氧化為水回到地球而不至于擴散到外層空間去，從而防止了地球上的水的流失。同時光合作用也加速了大氣層氧氣的積累，深刻地改變了地球上物種的代謝方式和體型。大氣層含氧量在石炭紀的時候一度上升到了35%。氧氣含量的增加造成了依賴于滲透方式輸氧的昆蟲在體型上的巨型化。在石炭紀曾出現過翼展2英尺半的巨蜻蜓。

起源新機制

中國科大田善喜教授研究組發現這一“氧氣起源”，揭示了早期地球上氧氣產生的全新機制，表明氧氣非光合作用而來。

在早期大氣環境中存在較多的二氧化碳和低能量電子，田善喜研究組提出這些二氧化碳分子可以捕獲低能電子，產生碳原子負離子和自由氧原子或者氧分子。并通過實驗發現作為產物的自由氧原子和氧分子在早期大氣化學反應中的作用。

研究人員發現，“低能電子貼附或捕獲”過程對星際化學成分的演化至關重要。由于在許多星球(如地球、火星、土星等)的上空存在大量二氧化碳氣體和能量電子。研究組認為“電子貼附解離”對原始氧氣起源的貢獻可能較以前公認的“三體復合反應”和新近發現的“光解反應”過程更為重要。這一發現大大深化和拓展了人們對“星際介質化學反應”的認識。