Tulajdonképpen az evolúciónak két szakaszát különböztethetjük meg: a kémiai (prebiológiai) és biológiai szakaszt.
Hogy élő sejtek legyenek a Földön, először a szerves anyagoknak kellett kialakulniuk (ez a kémiai evolúció). Haldane és Oparin hipotézise szerint az őslégkör redukáló volt, nem tartalmazott molekuláris oxigént. Ebben a környezetben jöhettek létre az első összetettebb szerves anyagok, magas metán és szervetlen anyag koncentráció és nagy energia bevitel következtében.
Urey és Miller megpróbálta reprodukálni az őslégkört. Lombikban metán, ammónia és hidrogén gázkeverékhez vízgőzt adtak, elektromos kisülésekkel pedig a nagyenergiájú UV sugárzást modellezték. A komponensek reagáltak egymással, néhány hét alatt pedig különböző szerves anyagok keletkeztek: karbamid, formaldehid, hidrogén-cianid, aminosavak, szerves savak. A képződő vegyületek reakcióba léptek egymással és más, az ősóceánokban lévő anyagokkal. A hidrogén-cianidból N-tartalmú szerves bázisok, a formaldehidből szénhidrátok keletkezhettek (~formóz reakció).
Azért volt nagy dolog a kísérlet eredménye, mert az összes olyan makromolekula építőkövei (aminosavak, cukrok, purin és pirimidin bázisok) kialakultak, amelyek az élőlényekben megtalálhatók.