在開始追溯歷史的航程之前，重要的是記錄下地球的歷史是如何拼湊起來的，為什麽會有壹些碎片神秘失蹤。我們可以用現代科技記錄孩子的成長過程，讓他們有壹天能看到自己的出生和成長。可惜沒有地球和海洋形成演化的視頻記錄。科學家只能從古老的巖石、化石和其他星球上尋找線索，重現地球和海洋的歷史。比如我們對地球形成的認識，基本上來源於對星際碰撞、隕石、古隕石坑、惰性氣體的研究。氙、氪、氬等惰性氣體在太陽中含量豐富，但在地球上很少。
科學家在研究古代地球、海洋和早期海洋的生命時遇到的困難，是現代海洋取樣的困難無法比擬的。從邏輯上講，關於早期和原始海洋中生命的最佳信息應該來自海底的沈積物和埋藏的化石。然而，當我們討論海洋的地質條件，海底的擴張和深海溝洋殼的消失時，我們發現洋殼在不斷地循環。雖然地球有幾十億年的歷史，但現代海洋中最古老的沈積物和巖石只有大約1.8億年的歷史。幸運的是，大陸板塊沒有明顯的再循環，高山中的巖石往往含有古老的海洋沈積物和被擡升到海面以上的化石。然而，巖石和化石的記錄遠不完整，而且往往是零散的，這就增加了解釋的難度。
幾個世紀以來，科學家們在大陸、海洋甚至外太空尋找能夠解開地球演化之謎的點點滴滴的證據。由於篇幅所限，本文只包括壹些解釋地球歷史的化石和巖石的描述。
另壹個將簡要提及但更重要的信息來源是深海鉆探計劃(DSDP)及其後繼者大洋鉆探計劃(ODP)。這兩個計劃是世界上科學家、技術人員和管理人員之間前所未有的合作，他們的目的是從深海海底收集沈積物和巖芯樣本。這些深海孔隙數據為研究板塊構造、海平面變化和全球氣候變化提供了壹些最重要和最豐富的科學數據。
地球有45億年左右的歷史，地球演化的時間尺度通常在幾十億年、幾百萬年、幾十萬年的量級。但我們往往以人的壽命長短來考慮時間尺度，量級是百年，細分後還有年、月、周、小時、分鐘等時間段。地質學家在利用巖石研究地球歷史時，認識到建立與地球演化階段相對應的參考時間方法的必要性，於是設立了地質年代表。
地質年代的劃分是根據某些化石或化石群的出現和消失。起初，地質時代分為兩部分:有生命的時代和無生命的時代。近幾十年來，研究發現原始生命的開始比以前認為的要早得多，從而改變了原始的編年系統。按照現在的分類，地球歷史最早的時期叫做前寒武紀。從45億年前到大約5.5億年前，這壹時期的生物進化不足以留下豐富的化石。從寒武紀(約5.5億年前)開始，分為古生代、中生代和新生代，分別代表古代生物、過渡生物和現代生物的時代。
海洋的誕生
在地球早期成長過程中，定期發生巨大的星際碰撞，向大氣中釋放大量塵埃，阻擋了所有陽光，使地球陷入完全黑暗。彗星、大量冰凍氣體和冰、小行星撞擊地球，猛烈的風暴在地球上肆虐。巨大的撞擊和持續的火山噴發造成的大爆炸，將埋藏在巖石中的水和氣體釋放到大氣中。此時，大氣條件惡劣，密度高，由二氧化碳、水蒸氣、氮氣和其他幾種氣體組成。塵埃、蒸汽和火山灰形成的黑雲籠罩天空，霹靂劃破黑暗，熾熱的巖漿海在地面沸騰攪動。早期地球的黑暗讓人無法想象它會變成壹顆藍色的星球。
科學家使用壹種新技術來估計地球誕生的時間:放射性年代測定法。地球上所有的元素都有壹定的原子量，因為它們的原子核中中子和質子的數目不同。有些元素，如鈾、鐳、鉀、碳，由於同壹種元素的原子核中中子數不同而有幾種不同的表現形式，稱為元素的同位素。雖然同位素的原子量不同，但它們的化學性質是相同的。有些同位素不穩定，具有放射性。放射性同位素以壹定的速率衰變，這個速率叫做半衰期。壹種元素的半衰期是該元素從其原始質量衰變到壹半所需的時間。如果地質學家知道壹種元素的半衰期，他們可以通過測量每個主體和子體(衰變的產物)的質量來計算巖石的年齡。比如碳有三種同位素:兩種是穩定的(碳12和碳13)；壹種是不穩定的，也就是放射性的(碳14)。當碳14衰變時，它釋放熱量並產生氮14。碳14的半衰期是5570年，也就是說，某種物質中的碳14將碳14的壹半轉化為氮14需要5570年。地質學家可以通過測量巖石中碳14和氮14的含量來估計巖石的年齡，這就是碳年代測定法。
科學家認為隕石和地球年齡相同。通過對隕石的放射性定年，得出隕石有45億年的歷史。現在，科學家認為地球在早期形成過程中被壹顆巨大的小行星撞擊，分離了地球的壹部分，形成了月球。所有月球巖石的年代測定結果都略低於45億年。古代隕石坑，尤其是月球表面隕石坑中巖石的年代測定結果表明，大約45億年前，地球已經發展到現在的大小，彗星和小行星的撞擊頻率開始減緩。
到44億年前，撞擊的減少減弱了巖漿海的活動，地球表面開始變冷。慢慢地，凝結的巖漿形成了壹層薄薄的黑色地殼覆蓋著地球。雖然行星撞擊和火山爆發時不時撕裂地殼，向天空噴射熾熱的巖漿，但隨著撞擊的減少和不斷冷卻，地球表面的地殼越來越厚。冷卻使大氣中的水蒸氣凝結，水滴以雨的形式落到地面。很快，大雨沖刷著大地，形成了第壹個水的海洋。此時海水呈酸性，非常熱，水溫約為100℃(212°F)。火山爆發和暴雨將壹些元素帶入海洋，使海洋略帶鹹味。地球周圍的大氣層仍然充滿二氧化碳，二氧化碳密度大，具有腐蝕性。隨著越來越多冷凝水的形成，陽光開始穿透烏雲。此時，海面四周有高高的環形山，但水的侵蝕力量是巨大的，兇猛的洪水沖出深谷，侵蝕著山峰。最近的小行星撞擊在海洋中引起了巨大的波浪，海嘯席卷了整個地球。因為那時月亮離得更近；地球，所以海洋中的潮汐非常強烈。
大氣中的二氧化碳開始溶解到海洋中，與海洋中的碳酸根離子結合，形成碳酸鈣或石灰石。隨著越來越多的石灰石沈積在海底，大氣中的二氧化碳逐漸減少，天空變得更加明亮。碳酸鈣調節海洋的酸度，使海洋的化學環境略苦，其作用就像胃酸過多的人服用的抗酸劑壹樣。太陽輻射的增加使得地球溫度上升，大量的水從海洋中蒸發，使得海平面下降，露出大量陸地。在雨水和河流的風化作用下，更多的礦物質從新的陸地進入海洋，海洋的鹽度開始上升。
在此期間，地球上的氣候變化可能極其劇烈，火山爆發、地震和海嘯不斷改造地球表面。壹些科學家認為，在此期間，災難性的小行星碰撞仍時有發生，海洋幾十年來不斷蒸發和轉化。