大气中氧含量逐渐增加是还原大气演变为现在大气的重要标志。一般认为,在太古代晚期,尚属次生大气存在的阶段,已有厌氧性菌类和低等的蓝藻生存。约在太古代晚期到元古代前期,大气中氧含量已渐由现在大气氧含量的万分之一增为千分之一。地球上各种藻类繁多,它们在光合作用过程中可以制造氧。在距今约 6亿年前的元古代晚期到古生代初的初寒武纪,氧含量达现在大气氧的百分之一左右,这时高空大气形成的臭氧层,足以屏蔽太阳的紫外辐射而使浅水生物得以生存,在有充分二氧化碳供它们进行光合作用的条件下,浮游植物很快发展,多细胞生物也有发展。大体到古生代中期(距今约4亿多年前)的后志留纪或早泥盆纪,大气氧已增为现在的十分之一左右,植物和动物进入陆地,气候湿热,一些造煤树木生长旺盛,在光合作用下,大气中的氧含量急增。到了古生代后期的石炭纪和二叠纪(分别距今约3亿和2.5亿年前),大气氧含量竟达现有大气氧含量的3倍,这促使动物大发展,为中生代初的三叠纪(距今约 2亿年前)的哺乳动物的出现提供了条件。由于大气氧的不断增多,到中生代中期的侏罗纪(距今约1.5亿年前),就有巨大爬行动物如恐龙之属的出现,需氧量多的鸟类也出现了。但因植物不加控制地发展,使光合作用加强,大量消耗大气中的二氧化碳。这种消耗虽可由植物和动物发展后的呼吸作用产生的二氧化碳来补偿,但补偿量是不足的,结果大气中二氧化碳就减少了。二氧化碳的减少必导致大气保温能力减弱、降低了温度(见温室效应),使大气中大量水分凝降,改变了天空阴霾多云的状况。因此,中纬度地带四季遂趋分明。降温又会使结合到岩石中和溶解到水中的二氧化碳量增多,这又进一步减少空气中二氧化碳的含量,从而使大气中充满更多的阳光,有利于现代的被子植物(显花植物)的出现和发展。 由于光合作用的原料二氧化碳减少了,植物释出的氧就不敷巨大爬行类恐龙呼吸之用,再加上一些尚有争议的原因(例如近来有不少人认为恐龙等的绝灭是由于星体与地球相碰发生突变所致),使恐龙之类的大爬行动物在白垩纪后期很快绝灭,但能够适应新的气候条件的哺乳动物却得到发展。这时已到了新生代,大气的成分已基本上和现在大气相近了。可见从次生大气演变为现在大气,氧含量有先增后减的迹象,其中在古生代末到中生代中期氧含量为最多。