Khoảng 4,5 tỷ năm trước, trong vũ trụ bao la, một hành tinh mới mang tên Trái Đất đã được hình thành trong Hệ Mặt Trời. Khi ấy, Trái Đất vẫn còn rất non trẻ và đầy bão táp, thường xuyên bị các sao chổi và thiên thạch va chạm, mang theo những nguồn tài nguyên quý giá, trong đó có nước. Những vụ va chạm này đã cung cấp lượng nước dồi dào cho hành tinh, nhưng điều kỳ diệu không chỉ nằm ở việc nước xuất hiện, mà còn ở vị trí đặc biệt của Trái Đất trong hệ Mặt Trời. Nó nằm ở một khoảng cách lý tưởng, không quá gần Mặt Trời để khiến nước bốc hơi, nhưng cũng không quá xa để nước đóng băng thành băng giá vĩnh viễn.
Chính nhờ vào "vị trí vàng" này, Trái Đất có thể duy trì nước ở trạng thái lỏng, điều kiện cần thiết cho các phản ứng hóa học phức tạp tạo ra sự sống. Nước không chỉ là môi trường cho các phân tử hữu cơ hòa tan và kết hợp mà còn cung cấp năng lượng, hỗ trợ sự chuyển hóa của các hợp chất sinh học. Đây chính là yếu tố then chốt giúp sự sống có thể xuất hiện và phát triển, từ những dạng sống đơn giản nhất đến các sinh vật phức tạp mà chúng ta thấy ngày nay. Chính sự may mắn của Trái Đất trong việc sở hữu một môi trường lý tưởng này đã tạo ra nền tảng cho sự sống sinh sôi nảy nở, phát triển mạnh mẽ qua hàng triệu năm và tạo dựng nên hành tinh sinh động như chúng ta đang sống hôm nay.
Giả thuyết hóa học
Giả thuyết hóa học về nguồn gốc sự sống, còn gọi là thuyết tiến hóa hóa học (abiogenesis), cho rằng sự sống bắt nguồn từ các hợp chất vô cơ và đơn giản qua một quá trình biến đổi dần dần để hình thành nên các phân tử hữu cơ phức tạp, rồi từ đó tiến đến các dạng sống đầu tiên. Theo giả thuyết này, vào khoảng hơn 3,5 đến 4 tỷ năm trước, Trái Đất nguyên thủy có khí quyển giàu methane (CH₄), amonia (NH₃), hơi nước và hydro (H₂). Dưới tác động của sét, bức xạ Mặt Trời và nhiệt từ các miệng phun núi lửa, các nguyên tố này phản ứng với nhau và hình thành nên các hợp chất hữu cơ như amino acid – nguyên liệu cơ bản tạo nên protein.
Thí nghiệm nổi tiếng nhất hỗ trợ giả thuyết này là thí nghiệm Miller–Urey (1953), trong đó các nhà khoa học đã mô phỏng điều kiện của khí quyển nguyên thủy và tạo ra được nhiều loại amino acid chỉ sau vài ngày. Sau đó, người ta tin rằng các phân tử hữu cơ này đã tích tụ trong đại dương sơ khai (“nồi súp nguyên thủy”), trải qua hàng triệu năm tương tác và tiến hóa để hình thành các phân tử có khả năng tự sao chép – đặc biệt là RNA. Một biến thể của giả thuyết này là "thế giới RNA", giả định rằng RNA là phân tử đầu tiên đảm nhận cả chức năng di truyền lẫn xúc tác phản ứng, trước khi DNA và protein xuất hiện.
Giả thuyết miệng phun thủy nhiệt
Giả thuyết thủy nhiệt (Hydrothermal Vent Hypothesis) cho rằng sự sống đầu tiên trên Trái Đất hình thành tại các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy đại dương, nơi có nhiệt độ cao, áp suất lớn và nhiều khoáng chất phong phú. Những miệng phun này, thường nằm ở ranh giới giữa các mảng kiến tạo, phun ra các chất hóa học như hydro sulfua (H₂S) và methane (CH₄), tạo ra một môi trường lý tưởng cho các phản ứng hóa học diễn ra. Theo giả thuyết này, chính các khoáng chất trong đáy biển, đặc biệt là các cấu trúc có chứa sắt và lưu huỳnh, đã đóng vai trò như xúc tác giúp các hợp chất vô cơ biến đổi thành các phân tử hữu cơ cơ bản như amino acid, lipid, và nucleotide – những "viên gạch" của sự sống.
Một điểm đặc biệt của môi trường thủy nhiệt là nhiệt độ ổn định, không chịu ảnh hưởng trực tiếp từ ánh sáng mặt trời, và chứa nhiều nguồn năng lượng hóa học – điều kiện lý tưởng để các chuỗi phản ứng xảy ra liên tục. Thậm chí, ngày nay vẫn tồn tại những sinh vật sống ở các miệng phun này, không cần ánh sáng mà chỉ dựa vào hóa tổng hợp (chemosynthesis) – bằng chứng sống động cho thấy môi trường đó đủ khả năng duy trì và khởi phát sự sống.
Giả thuyết Panspermia – Sự sống đến từ ngoài vũ trụ
Giả thuyết vũ trụ, còn gọi là thuyết Panspermia, cho rằng sự sống trên Trái Đất không bắt nguồn tại đây mà đến từ ngoài vũ trụ, thông qua các vật thể như thiên thạch, sao chổi, bụi vũ trụ hoặc thậm chí là do một nền văn minh ngoài Trái Đất gieo rắc có chủ đích. Theo giả thuyết này, những dạng sống đơn giản như vi khuẩn hoặc bào tử có thể tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt của không gian, được mang đến Trái Đất khi các thiên thạch va chạm hoặc rơi xuống hành tinh này trong giai đoạn Trái Đất còn non trẻ.