1. Sự hình thành các chất hữu cơ đơn giản.

- Trong khí quyển nguyên thủy Trái Đất (được hình thành cách đây 4,6 tỉ năm) có chứa các khí như hơi nước, Carbonic, ammoniac và rất ít khí nito… Khí oxi chưa có trong khí quyển nguyên thủy.

- Dưới tác động của nhiều nguồn năng lượng tự nhiên (bức xạ nhiệt của Mặt Trời, phóng điện trong khí quyển, hoạt động của núi lửa, phân rã của các nguyên tố phóng xạ…), các chất vô cơ đã hình thành các hợp chất hữu cơ đơn giản gồm 2 nguyên tó C và H như carbonhydro; những hợp chất hữu cơ gồm 3 nguyên tố C, H, O như saccarid và lipid; những hợp chất hữu cơ 4 nguyên tố C, H, O, N như acid amin và nucleotide là các đơn phân của các chất trùng hợp protein và acid nucleic.

- Sự hình thành các hợp chất hữu cơ từ các hợp chất vô cơ đã được chứng minh bằng thực nghiệm. Năm 1953, Stanley Miller đã tổng hợp được các chất hữu cơ khác nhau, kể cả các acid amin từ các khí vô cơ (gần giống với khí quyển nguyên thủy) dưới tác động của tia lửa điện. Về sau, nhiều nhà khoa học đã lặp lại thí nghiệm của Miller và đã thu được nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau gồm các saccarid, lipid, 20 acid amin, các nucleotide kể cả ATP. Các nhà khoa học cũng đã tìm thấy các chất hữu cơ trong các đám mây vũ trụ như trong các thiên thạch rơi xuống Trái Đất. Điều này chứng tỏ rằng các chất hữu cơ có thể có nguồn gốc vũ trụ.

2. Sự hình thành các đại phân tử từ các hợp chất hữu cơ đơn giản

- Các chất hữu cơ đơn giản hòa tan trong các đại dương nguyên thủy, trên nền đáy bùn sét của đại dương, chúng có thể được đọng lại và hình thành các chất trùng hợp như protein và acid nucleic.

- Nhiều thực nghiệm đã chứng minh sự trùng hợp ngẫu nhiên của các đơn phân, các acid amin thành các đại phân tử protein trên nền bùn sét nóng.

3. Sự hình thành các đại phân tử tự nhân đôi.

Hiện nay, người ta giả thiết rằng, phân tử tự nhân đôi xuất hiện đầu tiên là acid ribonucleic (ARN). Chúng có thể tự nhân đôi không cần sự tham gia của các enzyme (protein). Nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng các đơn phân nucleotide có thể tự tập hợp để hình thành các đoạn ngắn ARN mà không cần đến enzyme. Hơn nữa, hiện nay trong tế bào, ARN có thể đóng vai trò là chất xúc tác sinh học như enzym (được gọi là ribozym). Trong quá trình tiến hóa đầu tiên, ARN được dùng làm phân tử lưu giữ thông tin di truyền, về sau, chức năng này được chuyển cho ADN, còn chức năng xúc tác được chuyển cho protein và ARN chỉ đóng vai trò phân tử truyền đạt thông tin di truyền như ngày nay.