苏联生物化学家奥巴林于1936年出版了《地球上生命的起源》一书，提出了化学进化理论。化学进化指的是在原始地球条件下，无机物及简单有机物逐渐演变为原始生命体的过程。这一过程可以大致分为四个阶段。
第一阶段是小分子生命构件由无机小分子物质生成有机小分子物质。这一方面已为越来越多的实验所证明。1952年，美国化学家米勒在一个大烧瓶中放入早期地球大气中的化学元素：水、氨、甲烷和氢，释放电火花后，在烧瓶底部聚集起一种橙色黏稠混合物，其中包括构成蛋白质的9种氨基酸。尽管不是生命本身，但是一些能使生命成为可能的化合物。
第二阶段是从有机小分子物质形成生物大分子物质。科学家提出了多种假说。以色列科学家卡特恰尔斯基认为，原始海洋中的氨基酸是在某些特殊的粘土上缩合成多肽的。而日本科学家赤堀四郎等提出了“聚甘氨酸理论”，认为在原始大气中产生的甲醛与氨和氰发生反应，生成一种名为“氨基乙酰氰”的有机物，这种物质能够聚合，然后水解，生成聚甘氨酸，最后经过侧基的变化而得到由各种氨基酸残基组成的蛋白质。
第三阶段是有机高分子物质组成多分子体系。蛋白质和核酸等有机高分子物质在原始海洋中越积越多，在一定条件下相互作用，形成多分子体系，有界膜与周围环境隔开，呈大、小不等的球状，在原始海洋中漂浮。这一设想亦已得到了初步的实验证明。
第四阶段是多分子体系演变为原始生命。这一步的实质就是以蛋白质和核酸为主要成分的多分子体系如何“由死变活”的问题。达尔文关于生命可能起源自温暖小水池的观点一直受到一些学者的追捧，但20世纪的实验科学已经证实，在合适的条件下，由无机物确实可以形成有机分子，但这实际上离揭示真正的生命起源还相差甚远。
最近，有学者提出了细胞的光养起源假设。生命的起源始于有机物质的个性化体系的建立，能导致生命系统形成的简单的质膜结构的出现必定是细胞进化的最关键的一步。不仅需要前细胞体整体的性，一些重要生命过程也需要细胞内的性，即需要内膜系统。在具备简单膜结构的前细胞体中，光合作用指向的选择过程促进主要生命物质的功能分化，为生化反应的秩序化与生命过程的程序化铺垫了基石。
一种可能的细胞起源与演化机制是生命的另一个本质特征，即将遗传物质指挥生命构建过程程序化，即将生命构建过程信息化地储存于DNA之中，这是个性化的生命获得自我繁殖特性必须迈出的重要一步。最后是细胞机制的逐渐形成，这得益于细胞膜的半通透性，以及二者之间的矛盾及其必然的结果—细胞破裂过程的无数次重复。精确而周期化的细胞才能使稳定的遗传成为了可能，这时像我们在现存生物中所见到的细胞才成功地诞生了，细胞运行机制才得以程序化了。
