Các chi tiết về nguồn gốc sự sống vẫn còn chưa được khám phá, mặc dù các nguyên lý rộng đã được lập nên. Một thiểu số các nhà khoa học tin rằng cuộc sống, hay ít nhất là các thành phần hữu cơ, có thể đã tới Trái Đất từ vũ trụ (xem "Thuyết tha sinh"); tuy vậy, những cơ cấu theo đó sự sống có thể được phát sinh được tin là tương tự với những sự sống có nguồn gốc trên Trái Đất.[6] Đa số các nhà khoa học tin rằng sự sống có nguồn gốc Trái Đất, nhưng thời gian của sự kiện này rất khác biệt - có lẽ là vào khoảng 4 tỷ năm trước (khoảng 3:00 giờ sáng theo đồng hồ của chúng ta).[7] Vì một lý do chưa xác định, trong sự hoạt động hóa học mạnh mẽ thời kỳ đầu của Trái Đất, một phân tử (hay thậm chí là một thứ gì khác) đã có khả năng tự phân chia thành các bản sao của chính nó. Bản chất của phân tử này vẫn còn chưa được biết tới, từ đó các chức năng của nó được truyền lại cho các thế hệ bản sao về sau này, DNA. Khi tự mô phỏng, bản sao không phải bao giờ cũng thể hiện chính xác tương tự như thế hệ trước: một số bản sao có chứa "lỗi". Nếu sự thay đổi tiêu diệt khả năng tự mô phỏng của phân tử, thì nó sẽ mất đi, và con đường phát triển bị "tắt ngấm". Nếu không, một số thay đổi hiếm hoi sẽ làm cho phân tử được mô phỏng và được tái tạo một cách nhanh chóng hơn và với khả năng tốt hơn: những "dòng dõi" đó sẽ trở nên đông đảo và "thành công" hơn. Khi sự lựa chọn các vật liệu thô ("thức ăn") trở nên thiếu thốn, các dòng dõi sau đó có thể khai thác các nguyên liệu khác, hay có lẽ là học cách tiến triển của các kiểu dòng dõi khác, và trở nên đông đảo hơn.[8]

Nhiều kiểu phát triển khác nhau đã được đưa ra nhằm giải thích tại sao một bản sao lại có thể phát triển hơn. Nhiều bản sao đã được thử nghiệm, gồm cả các hóa chất hữu cơ như các protein hiện đại của các acid nucleic, phospholipid, tinh thể,[9] hay thậm chí các hệ lượng tử.[10] Hiện nay không có phương pháp nào có thể xác định kiểu nào trong số các kiểu trên, nếu có, là tương thích nhất với nguồn gốc sự sống trên Trái Đất. Một trong những lý thuyết trước kia, và là một lý thuyết đã chứng minh là đúng đắn về một số mặt, sẽ được đem ra làm ví dụ về việc tại sao quá trình này có thể xảy ra. Năng lượng cao từ các núi lửa, sét, và bức xạ tia cực tím có thể làm cho các phản ứng hóa học tạo ra nhiều phân tử phức tạp hơn từ các hợp chất đơn giản như mêtan và amoniắc.[11] Trong số chúng có nhiều hợp chất hữu cơ đơn giản là những nguyên tố căn bản của sự sống. Khi số lượng của những "hợp chất hữu cơ" đó tăng lên, các phân tử khác nhau phản ứng lẫn nhau. Thỉnh thoảng các phân tử phức tạp hơn có thể tạo thành các cơ thể sống, tạo ra một tổ chức để tập hợp và tập trung các vật chất hữu cơ.[12] Sự hiện diện của một số phân tử có thể làm tăng tốc một phản ứng hóa học. Tất cả chúng tiếp diễn trong một thời gian dài, với các phản ứng thường hay ít xảy ra ngẫu nhiên, tới khi nó may mắn tạo nên một phân tử mới: phân tử tái tạo. Nó có tính chất kỳ dị thúc đẩy các phản ứng hóa học tạo thành bản sao của chính nó, và tiến trình phát triển thực sự bắt đầu. Các lý thuyết khác đưa ra các kiểu tái tạo khác. Trong bất kỳ trường hợp nào, DNA chiếm vai trò chức năng của các phần tử tái tạo; tất cả các hình thức sự sống từng được biết (ngoại trừ một số loại virus) sử dụng DNA làm hình thức tái tạo của chúng trong hầu hết phương pháp tái tạo.