Lange Zeit war unsere Erdatmosphäre frei von Sauerstoff. Dennoch lebten bereits Organismen auf der Erde, die stattdessen Schwefel- oder Stickstoffverbindungen atmeten. Vor rund 2,3 Milliarden Jahren begannen dann die ersten Cyanobakterien, mit ihrer Photosynthese Sauerstoff zu produzieren. Dieser reicherte sich in der Erdatmosphäre an und dadurch konnten nach und nach komplexere Lebensformen entstehen, die Sauerstoff für ihren Stoffwechsel benötigten. Erst die Entwicklung der Sauerstoffatmung ermöglichte es den Lebewesen, Nahrung effizient in Energie umzuwandeln, und erlaubte so die Entwicklung komplexerer, mehrzelliger Organismen. Wann und in welchen Organismen diese Fähigkeit entwickelt wurde und welcher Prozess zuerst aufkam – die Photosynthese, die Sauerstoff freisetzt, oder die Sauerstoff-Atmung, die ihn nutzt –, ist jedoch Gegenstand wissenschaftlicher Debatten.
