地球は構成物質などから、複数の「圏」に分けられる。誕生時には混在していたこれらが段階的に分かれ、地球システムが確立した。最初に、衝突する微惑星から脱ガスが起こり、原始大気が形成された。これは地球直径が現在の1/5程度の時点で始まったと考えられる。その主な成分は水蒸気と一酸化炭素である[46][56]。衝突エネルギーの宇宙放出が続き、45億年前には地球温度は下がった。そのため水蒸気が凝縮して地上に降り注いで海が形成され、同時に原始的な地殻が分離した。太古の海は200°Cを越える温度にあり、数十気圧の大気成分は窒素や一酸化炭素、そして二酸化炭素が占めた[46][56]。大陸の形成は40億年以上前には始まった。当初は島程度の大陸だったが、これにより海水は中和され、大気中の二酸化炭素が海水に吸収され始めた[46]。温室効果が抑えられ、地球は液体の水が広く表面を覆う惑星となった。39億年前頃には微惑星の衝突も収まり始め、地球環境の変動も激しいものではなくなった。コアとマントルの分化が起こった時期ははっきりしていないが、38億年前に形成された地球最古の岩石は枕状溶岩であり、残留磁気が観測されたことからこの時には既に海と地球磁場が存在していた[55]。プレートテクトニクスは少なくとも27億年前には造山活動を行うまで稼動していた[57]。光合成生物の大量発生は20億年前頃であり、その活動は大気成分中に酸素を蓄積させ[46]、成層圏にオゾン層が作られた。これによって生物は浅い海や陸上への進出が可能となった[41]。植物生命は死後に炭化して蓄積され、大気成分から二酸化炭素を減少させつつ酸素比率を増す作用を及ぼし、地球大気の組成を変化させた[58]。これ以降、地球上には生物が繁殖し、生物圏が海洋から分化して陸上にまで進出した。現代までには「人間圏」と言える全体に影響を及ぼす物質圏が分化したとも言えるが、これが安定したものと言えるか否かの判断はついていない[46]。