地球上的氧气主要来自两个方面。第一，源自于植物的光合作用。就是植物的绿叶在阳光照射下，利用叶绿素，将空气中吸收来的二氧化碳和从根部运来的水转化为淀粉、葡萄糖等有机物，并且释放氧气。每年全世界的绿色植物会从空气中吸收大量二氧化碳，并产生相应体积的氧气。第二，源自于非生物参与的水的光解，也就是水被光分解出氧气，这是消耗能量的反应。

在无生命迹象的地球早期，存在少量氧气，即稳定的基态氧分子。但显然这些氧气不是通过光合作用而来，那么，它来自何方呢?有关研究表明，在地球早期的大气环境中，存在着较多的二氧化碳和低能量电子，这些二氧化碳分子可以捕获低能电子，而后可能发生两种解离反应，产生碳原子负离子和自由氧原子或氧分子，而在特定的能量范围内，两种解离反应可能产生氧分子，而且，作为反应产物的自由氧原子也可能结合为氧分子。

此外，地球早期的氧气诞生还与产甲烷菌和蓝细菌有关。产甲烷菌是厌氧微生物，以金属镍为食物来源，能制造大量的甲烷;蓝细菌又叫蓝藻或蓝绿藻，是最早的太阳能“收割机”，借助太阳能，它能利用二氧化碳和水生成氧气和有机物，这一过程也就是人们熟知的光合作用。

不过，虽然蓝细菌一直在努力地产出氧气，但它们的数量不如产甲烷菌的数量，因此它们释放出来的氧气只能被数量更多的甲烷所消耗。因而氧气无处可逃，一出生就“夭折”了。但是，大约25亿年前，地壳降温，地球上的镍含量急剧减少，没有了食物来源的产甲烷菌也随之减少，所以，空气中的氧也终于摆脱了总是被甲烷菌破坏的命运，空气中的氧含量得以大幅提升。