Một trong những sự kiện quan trọng nhất của liên đại Nguyên Sinh là sự tích lũy ôxy trong khí quyển Trái Đất. Mặc dù sự giải phóng ôxy do quang hợp từ thời kỳ Thái Cổ là điều không còn nghi ngờ gì nữa, nhưng trong thời kỳ đó sự tích tụ ôxy chưa đủ lớn cho đến khi quá trình chìm lắng hóa học của các chất như lưu huỳnh và sắt không bị ôxi hóa đã được thực hiện xong. Vào khoảng 2,3 tỷ năm trước, ôxy trong khí quyển có lẽ chỉ đạt được mức khoảng 1-2% của mức như ngày nay[4]. Các tạo thành sắt theo dải, cung cấp phần lớn các quặng sắt trên thế giới, cũng là lắng đọng hóa học đáng chú ý. Phần lớn các tích tụ đã giảm mạnh sau 1.900 Ma, hoặc là do sự gia tăng của ôxy hoặc là thông qua sự phối trộn của các cột nước đại dương[5].

Các địa tầng đỏ, có màu như vậy là do hematit, một chỉ thị cho sự gia tăng của ôxy trong khí quyển sau 2 tỷ năm trước; chúng không được tìm thấy trong các tầng đá cổ hơn[5]. Sự tích tụ ôxy có lẽ là do 2 yếu tố: sự nhồi đầy của các chất chìm lắng hóa học và sự gia tăng của sự chôn vùi cacbon, nó cô lập các hợp chất hữu cơ mà nếu không thì chúng rất dễ dàng bị ôxi hóa bởi ôxy trong khí quyển[6].