Trong giai đoạn này chất hữu cơ được tổng hợp từ chất vơ cơ theo 3 bước sau:
1. Sự hình thành các chất hữu cơ đơn giản
- Trong khí quyển nguyên thủy của trái đất (cách nay khoảng 4,6 tỷ năm) đã cĩ những hợp chất đơn giản chứa C, H, O, N như mêtan (CH4), cianogen (C2N2), oxit cacbon
(CO), lúc đĩ khí quyển chứ rất ít hơi nước, khí ammoniac. Chưa cĩ O2 và N2
- Dưới tác dụng của các nguồn năng lượng trong tự nhiên: bức xạ mặt trời, tia tử ngoại, phĩng điện trong khí quyển, hoạt động của núi lửa, phân rã của các nguyêntố phĩng xạ …làm cho các chất vơ cơ nĩi trên hợp thành những chất hữu cơ đơn giản chứa 2 nguyên tố C và H (cacbonhydro) rồi đến những hợp chất chứa 3 nguyên tố C, H, O (saccarit, lipit …) rồi đến 4 nguyên tố C, H, O, N (axit amin, nucleơtit)
2. Sự hình thành các đại phân tử từ các hợp chất hữu cơ đơn giản
Từ axit amin hình thành các prơtêin. Từ các nucleơtit hình thành các axit nuclêic. Các chất hữu cơ cĩ khối lượng phân tử cao, rơi xuống biển. Đại dương nguyên thủy chứa đầy những chất hữu cơ hịa tan tổng hợp bằng con đường hĩa học.
3. Sự hình thành các đại phân tử tự nhân đơi.
- Hiên nay người ta giả thuyết răng, phân tử cĩ khả năng tự tái bản, tích giữ thơng tin di truyền và tự xúc tác xuất hiện đầu tiên là ARN.
- Trong quá trình tiến hĩa tiếp theo, từ ARN, chức năng tích giữ thơng tin di truyền chuyển cho ADN, cịn chức năng xúc tác chuyển cho prơtêin và ARN chỉ đĩng vai trị phân tử truyền đạt thơng tin di truyền như hiện nay.
* . Trong thí nghiệm, Xtanlây Milơ (Stanley Miller) cũng đã chứng minh quá trình hình thành
chất hữu cơ bằng con đường hĩa học: cho tia điện cao thế phĩng qua một hỗn hợp hơi nước, H2, CH4, NH3 đã thu được 20 axit amin, saccarit, lipit, các nuclêơtit, kể cả ATP. Đun các axit amin ở 150 đến 1800 C đã tạo thành những mạch polypeptit. Hàng loạt các thí nghiệm khác trong những điều kiện khí quyển giống như điều kiện của khí quyển nguyên thủy, đã tổng hợp được các chất hữu cơ phức tạp như polypeptit, polynucleotit.