A földi élet történetét a fosszíliák (a latin fossus, 'kiásott' szóból) tanúsítják. A fosszíliák vagy más néven ősmaradványok, ősleletek, az állatok, növények vagy más élő szervezetek megkövesedett vagy egyéb módon megőrződött maradványai, illetve lenyomatai (nyomfosszília például a lábnyom, ásásnyom). A kémiai nyomfosszíliák vagy biomarkerek olyan elemek vagy vegyületek, amelyek megjelenésükkel vagy arányukkal utalnak az élet jelenlétére. A természetben előforduló szén izotópjai közül a növények a ¹²C-t kötik meg, ezért azokban a kőzetekben, ahol ¹²C feldúsulás észlelehető, intenzív biológiai tevékenységre utalnak. Értelemszerűen, ahol ¹³C kilengés tapasztalható, kihalásra következtethetünk. A grönlandi Isua-csoport 3,8 milliárd éves üledékes és vulkáni eredetű kőzeteiben ¹²C többlet van, azaz élőlényeknek, fotoszintézisnek kellett léteznie 200 millió évvel az után, hogy a fizikai kondíciók megengedték.

A sávos vasérc formációk (BIF: Banded iron formation) napjaink vasérctermelésének (elsősorban hepatit: Fe₂O₃) a 90%-át adják. A sávokban vasérc váltakozik tűzkővel (SiO₂) és palával. A vasérc az óceánban oldott kétértékű vas oxidációjával keletkezett. Szabad oxigén nagy mennyiségben csak a fotoszintézis kialakulásakor jelent meg a Földön. A képződött oxigént az óceánban oldott ásványok, elsősorban két értékű vasion kötötte meg. A legidősebb sávos vasérc formációk 3,7 milliárd évesek, ami arra utal hogy már akkor szabad oxigénnek, azaz fotoszintézisnek kellett lennie az ősóceánban.

A mai élőlények közös őséből (LUCA: last universal common ancestor) alakultak ki a valódi baktériumok és az Archaeák. Később alakult ki a fotoszintézis, mely eleinte nem termelt oxigént. Mivel a biomarkerek 3,8-3,7 milliárd évre datálják a fotoszintézis, így az élet lehet, hogy már 4 milliárd éve megjelent.

A 3465 millió éves Ny-Ausztráliai Apex Chert (=tűzkő)-ben filamentózus (fonalas megjelenésű) mikrobákat találtak. Több mint tizenegy féle baktériumot írtak le a kőzetből. Mivel ezek már cellulárisak, pár százmillió éves evolúciónak már le kellett zajlania. A korai redukáló légkör nagy arányban tartalmazott CO₂-t, mely a tengerekben oldódva enyhén savas pH-t alakított ki. A savanyú kémhatás nem kedvez a mészkő kiválásnak, viszont az oldott kovasav (H₂SiO₃) tűzkő (a kvarc - SiO₂ - egyik megjelenése) formájában kicsapódik. A kicsapódó gél kitűnően megőrizte a korai baktériumok struktúráit. Mint korábban írtuk a sávos vasércben vasoxid, tűzkő és pala sávok találhatók.

Az oxigéntermelés tehát több mint 3,5 milliárd éve kezdődött a prokariota fotoszintetizáló Cyanobacteria (korábban Cyanophyta - kékeszöld alga - néven a növényekhez sorolták) megjelenésével.

Fejlődésük csúcsát 1,5 milliárd éve érték el, de napjainkban is az egyik legnagyobb jelentőségű baktériumcsoport. Az óceánokban az oxigén felét, míg a légköri oxigén több mint 20%-át feltehetően cyanobaktériumok állítják elő. Mintegy 2000 fajuk közül sok él szélsőséges körülmények között, sós tengerekben, hőforrásokban, gleccsereken, sivatagokban, sziklákon. Ide tartozó baktériumok okozzák a ”vízvirágzást” is.

A cianobaktériumok ősi nyomait a megkövesedett sztromatolitok (=rétegelt kő) őrzik, melyek közül az eddigi legidősebbek az ausztráliai Warrawoona csoport 3,496 milliárd éves fosszíliái. A cianobaktériumok telepes baktériumszőnyeget alkotnak, melyre a hullámzás finom szemcséket ülepít. Ezeket a szemcséket a baktériumok túlnövik, és hosszú évek alatt réteges, oszlopszerű kőzetek, sztromatolitok képződnek. Napjainkra a növények és a legelő állatok (pl. csigák) kiszorították a sztromatolitépítő cianobaktériumokat az óceánokból, emiatt csak extrém sós vizű helyeken találhatók pl. Ausztráliában a Cápa-öbölben, sivatagi sós tavakban Mexikóban és a -Bahamákon.

Az eukarióták megjelenésével kapcsolatos becslések között az időben legtávolabbi a 3-2,7 milliárd év, mely a metabolizmusukra jellemző bizonyos lipidek, szteránok nyomfosszíliáin alapul. Az eukarióta átmenet több szakaszban zajlott le, a sejtmag kialakulása külön történt az organellumokétól: a kloroplasztiszétól (szimbionta Cyanobacterium) és mitokondriumokétól (szimbionta heterotróf baktérium). A tartós szimbiózis a Bacteria és Cyanobakteria között eredményezte az eukarióta algák megjelenését.