Древняя атмосфера и гидросфера, конечно, не могли сохраниться в ископаемом состоянии. Но геологи имеют более или менее цельное представление об их составе, времени формирования и особенностях развития. Эти знания основываются на строгом сборе фактов, химическом составе горных пород и строении органических остатков, которые возникли и жили в определенных физико-географических обстановках. Именно эти обстановки позволяют определить состав атмосферы и гидросферы. Содружество геохимиков, палеонтологов и палеогеографов (специалистов, занимающихся восстановлением древних физико-географических обстановок) дает неоценимые сведения не только о древних атмосферах и гидросферах, но и об их влиянии на земную поверхность.

Возникновение и эволюция атмосферы и гидросферы драматичны и привлекают внимание ученых главным образом потому, что только благодаря существованию этих оболочек на Земле родилось живое вещество. Атмосфера родилась в самые начальные стадии формирования земной коры, т. е. когда земная поверхность стала твердеть. Об условиях формирования атмосферы существует две группы гипотез. Одна группа рассматривает атмосферу как производную из того первичного материала, который остался на земной поверхности после образования земной коры, мантии и ядра. В других гипотезах предполагается, что атмосфера является вторичным образованием. Она возникла в процессе освобождения свободных газообразных химических элементов и соединений, извергавшихся из недр Земли.

Большинство ученых склоняется ко второй группе гипотез, так как в противном случае любая первичная атмосфера на самых ранних стадиях была бы сразу же утеряна Землей, ведь гравитационные силы ее в то время были очень слабыми.

Постепенное возрастание мощности атмосферы и возникновение гидросферы связаны с дальнейшим развитием процессов гравитационной дифференциации, выплавления вещества верхней мантии и выделения при этом водяного пара и ряда газообразных веществ. В том случае, если этот тезис верен, то состав газов, выделяющихся при извержении современных вулканов, должен быть близок к составу первичной атмосферы. Оказалось, что во время современного излияния лав базальтового типа в газах, выброшенных при извержении, содержится около 80% воды и не менее 6—10% углекислого газа, а также хлора, метана, аммиака и серы. При высоких температурах (свыше 1000°С) из лав выделяются пары серной кислоты, серы, сернистого газа и сероводорода.