在距今約6億年前的元古代晚期到古生代初的初寒武紀，氧含量達現在大氣氧的百分之一左右，這時高空大氣形成的臭氧層，足以屏蔽太陽的紫外輻射而使淺水生物得以生存，在有充分二氧化碳供它們進行光合作用的條件下，浮遊植物很快發展，多細胞生物也有發展。
大體到古生代中期(距今約4億多年前)的後誌留紀或早泥盆紀，大氣氧已增為現在的十分之一左右，植物和動物進入陸地，氣候濕熱，一些造煤樹木生長旺盛，在光合作用下，大氣中的氧含量急增。
到了古生代後期的石炭紀和二疊紀（分別距今約3億和2.5億年前），大氣氧含量竟達現有大氣氧含量的3倍，這促使動物大發展，為中生代初的三疊紀（距今約2億年前）的哺乳動物的出現提供了條件。由於大氣氧的不斷增多，到中生代中期的侏羅紀（距今約1.5億年前），就有巨大爬行動物如恐龍之屬的出現，需氧量多的鳥類也出現了。但因植物不加控製地發展，使光合作用加強，大量消耗大氣中的二氧化碳。這種消耗雖可由植物和動物發展後的呼吸作用產生的二氧化碳來補償，但補償量是不足的，結果大氣中二氧化碳就減少了。二氧化碳的減少必導致大氣保溫能力減弱、降低了溫度（見溫室效應），使大氣中大量水分凝降，改變了天空陰霾多雲的狀況。因此，中緯度地帶四季遂趨分明。降溫又會使結合到岩石中和溶解到水中的二氧化碳量增多，這又進一步減少空氣中二氧化碳的含量，從而使大氣中充滿更多的陽光，有利於現代的被子植物（顯花植物）的出現和發展。
大約公元前430年，阿克雷加斯的恩培多克勒把這些基本物質假定為土、空氣、水、和火4種。一個世紀後，亞裏士多德又提出天空中含有第五種元素——以太。中世紀研究物質問題的繼承者是中世紀的煉金術士，