Các chi tiết về chuyển động mảng kiến tạo chỉ được biết đến một cách lờ mờ trong thời kỳ Tiền Cambri. Nói chung người ta tin rằng các tiền-lục địa nhỏ đã tồn tại trước 3.000 Ma, và phần lớn các khối đất đá của lớp vỏ Trái Đất đã tập hợp lại thành một siêu lục địa vào khoảng 1.000 Ma. Siêu lục địa này, gọi là Rodinia, đã vỡ ra khoảng 600 Ma. Một loạt các thời kỳ băng hà đã được nhận dạng xa tới thời gian thuộc băng hà Huronia, khoảng 2.400-2.100 Ma. Thời kỳ băng hà hóa được nghiên cứu kỹ nhất trong giai đoạn này là băng hà Sturtia-Varangia, diễn ra khoảng 600 Ma, có thể đã đưa các điều kiện băng giá tới tận vùng xích đạo, tạo ra cái gọi là "quả cầu tuyết Trái Đất".

Khí quyển của Trái Đất thời kỳ đầu được biết đến rất ít, nhưng người ta cho rằng nó dày dặc các khí khử, chứa rất ít ôxy tự do. Hành tinh trẻ có màu sắc hơi đỏ và các biển của nó có lẽ có màu xanh ô liu. Nhiều vật liệu với các ôxít không hòa tan dường như có mặt trong các đại dương trong hàng trăm triệu năm sau khi Trái Đất hình thành.

Khi các dạng sự sống tiến hóa thêm thì đã xuất hiện và phát triển cơ chế quang hợp, ôxy bắt đầu được tạo ra với số lượng lớn, gây ra khủng hoảng sinh thái, đôi khi gọi là thảm họa ôxy. Ôxy nhanh chóng tham gia vào các phản ứng hóa học, chủ yếu là với sắt, cho đến khi sự cung cấp các bề mặt có thể ôxi hóa bị cạn kiệt. Sau đó khí quyển hiện đại giàu ôxy đã phát triển. Các loại đá cổ hơn chứa các thành hệ sắt dải khổng lồ dường như đã bị đè xuống khi sắt và ôxy lần đầu tiên kết hợp cùng nhau.