Las atmósferas planetarias dependen fundamentalmente de su inventario geoquímico, de la temperatura y de la capacidad de su campo gravitatorio para retener gases. En el caso de la Tierra y otros planetas interiores, la desgasificación temprana liberó principalmente dióxido de carbono y vapor de agua. La capa secundaria de cometas y meteoritos añadió más volátiles. La fotodisociación provocó cambios secundarios, incluida la producción de trazas de oxígeno a partir del agua. La gravedad de la Tierra no puede retener los gases ligeros, incluido el hidrógeno, pero retiene el oxígeno. El vapor de agua no suele pasar la trampa fría de la estratopausa. En el Arcaico, la evolución temprana de la vida, probablemente en los respiraderos hidrotermales, y el posterior desarrollo de la fotosíntesis en las aguas superficiales, produjeron oxígeno, a 3500 Ma o incluso antes, convirtiéndose en un componente significativo de la atmósfera a partir de unos 2000 Ma. A partir de entonces, las formaciones de hierro en banda se volvieron raras y el hierro se depositó en lechos rojos oxidados. Los niveles atmosféricos de dióxido de carbono y oxígeno han variado durante el Fanerozoico: los cambios más importantes pueden haber provocado extinciones, especialmente en el Pérmico/Triásico. El efecto invernadero decreciente debido a la disminución a largo plazo del dióxido de carbono ha compensado en gran medida el aumento de la luminosidad solar, y los cambios en los niveles de dióxido de carbono están fuertemente relacionados con los ciclos de glaciación.