对地球构造演化的探索，地学界通常采用的方法有岩层对比法、古生物化石对比法和放射性元素的测年法。科学家们将不同地区的地层岩石单位，根据所赋存的古生物化石和岩性进行详细地分析研究和对比，弄清它们之间的相互关系，按先、后（新、老）顺序连接起来，就建立起了完整的地层系统。结合同位素年龄，生物演化的顺序、过程、阶段和构造运动、古地理环境变化等，将地壳上下40亿年的历史划分成许多自然阶段，按新老顺序进行地质编年，就构成了年代地层表。由此所演绎的地球编年史以其地壳出现、生物事件、构造事件作为断代界线，将地壳出现之前的25亿年（65亿～40亿年前）称为“天文期”，地壳出现之后的40亿年称之为“地质期”，并将生物大爆发之前的35亿年（40亿～5.43亿年前）称之为隐生宙，而之后叫作显生宙。其中，年代地层单位是指一定地质时期所形成的地层的总体名称，是超越地区具体差异的抽象概括。地质时代单位是从年代地层单位抽象出来的时间概念，组成地壳的全部地层所代表的时代称作地质时代，描述年代地层单位的用宇、界、系、统、阶、带。不同年代地层单位所代表的时代就叫作地质时代单位，描述地质时代的单位用宙、代、纪、世、期、时。由此，科学家们将地球编年史勾画出两期、三宙、十代、十二纪、四十三世。
1.3.1混沌世界天文期——冥古宙
地球起源于46亿年以前的原始太阳星云。天文期的地球如同神话传说“盘古开天地”中描述的那样，一片混沌，在地球档案中很少能留下记录，科学家们岩浆活动剧烈的地球只能从太空星云的观察中推测那个时期地球的模样。岩浆活动剧烈，岩浆喷发效果图火山爆发频繁，表面覆盖着熔化的岩浆海洋。随着地球温度的缓慢下降、重力分异和冷却，气体逸出、蒸发上升，在空中又凝聚成雨落回地面，随着不间断的雨水侵入、大规模的陨石撞击，原始大气圈和海洋开始衍生。这时的大气圈中含有大量的二氧化碳，地球也被厚厚的云层封锁着，太阳光几乎穿不透地球橘红色的天空，海洋的温度可能高于150℃。在这沸腾的海洋里，孕育生命的各种元素在不断积累。
“冥古宙”一词最初是由普雷斯顿·克罗德于1972年所提出的，泛指已知最早岩石出现之前的一段时期，所以并没有正式的细分。在20世纪的最后一个年代，地质学家从格陵兰西部、加拿大西北部和西澳大利亚州里确认到了某些冥古宙的岩石，最早的约有44亿年之久的历史，非常接近地球形成的推测时间。由此，科学家们确认冥古宙的存在，并形象地勾勒出非官方的三个演化阶段。45.67亿年前，一无所知的神秘时代。由于同位素测试的精度，这个值有正负70万年的误差。45.67亿～41.5亿年前，火山盆地密布的盆地群时代。目前已知地球上最古老的岩石就形成于这个阶段。40亿～39.75亿年前，席卷全球天体撞击的酒神代。这个阶段只有短短的2500万年，发生了席卷太阳系内圈的天文轰炸，有大量的天体撞击地球，不断地产生新的环形山盆地。
冥古宙（45.7亿～38.5亿年前），这一段长达近8亿年的漫长时间，又有人们又把它分成了隐生代、原生代、酒神代、早雨海代四个时段。隐生代是地球初生的婴幼儿时代，在围绕太阳不断地旋转和凝聚物质的过程中，由于本身的凝聚、收缩和内部放射性物质蜕变产生了热，温度不断增高使其内部达到了炽热的程度。于是，初生的地球上的重物质向内部沉淀形成地核和地幔，而较轻的物质则向表面云集形成初始陆壳。
原生代（41.5亿～39.5亿年前），以出现了最早的原核生物“细菌”为名。酒神代（39.5亿～38.5亿年前），这时已经出现了古细菌（同为原核生物，是细菌的进化生命体）。此时，地球地表不断地降温，原始大气层中充满了“水蒸气”的常温体——小水珠，有一点像酒不断地挥发出酒精中含有的水一样，就被称为了“酒神代”。早雨时代（38.5亿～38亿年前）在这个时段，大气层中的水不断地从天而降，地球上出现了海洋和其他的水，故名“早雨时代”。
1.3.2走向有序世界地质期——隐生宙
天文期过后，历经将近40亿年的演化，混沌的地球开始从无序走向有序的地质时期。也就是从地球诞生到6亿年前后的生物大爆发时的这段时间，G.H.查德威克在1930年把它叫作“隐生宙”。近年来由于在隐生宙晚期地层中不断发现软躯体动物化石，使其部分地层的划分具备了古生物的依据，所谓的隐生已不再符合实际情况。1977年，国际地层委员会前寒武纪地层分会在开普敦第四次会议上，将隐生宙分解为太古宙和元古宙，其界限放在25亿年前，隐生宙被逐渐放弃。本次为了描述方便，启用隐生宙的叫法，包含太古宙和元古宙两个地质年代单位。
（1）金属矿床的成矿期——太古宙
“太古”一词，是1872年美国地质学家J.D.丹纳首先提出的，1977年国际地层委员会前寒武纪地层分会第四次会议将太古的上界放在25亿年前，并将涵盖距今约38亿～25亿年前这一段时间称之为“太古宙”。1979年，第五次会议曾提出过太古宙三分的意见，其年代界限分别为35亿年前和29亿年前。1989年和1990年，该组织经过反复研讨，提出始太古代（38亿～36亿年前）、古太古代（36亿～32亿年前）、中太古代（32亿～28亿年前）和新太古代（28亿～25亿年前）等四个时期的正式建议，并为国际地层委员会和国际地科联执行局所通过。
一般推测，太古宙原始大气圈的密度较大，主要由水蒸气、二氧化碳、硫化氢、氨、甲烷、氯化氢、氟化氢等成分组成。这些气体成分，可能来源于频繁的火山活动。总的趋势是随着时间的推移，二氧化碳逐渐减少，这是由于碳酸盐沉淀时二氧化碳被固定在碳酸盐沉积物中。原始大气圈缺少自由氧，氧的出现是由于光化学作用的结果。根据各地沉积岩层的相似性，推测当时地球大部分地区为海洋所覆盖。原始的海洋可能并不深，富含氯化物，缺乏硫酸盐，这是由于在水圈中同样缺乏自由氧。随着时间的推移，大气圈的透光性增强，为生物光合作用提供了有利条件。
从化石记录得知，太古宙早期已经出现了数量比较多的原核生物。原核生物是由原核细胞组成的生物，包括蓝细菌、细菌、古细菌、放线菌、立克次氏体、螺旋体、支原体和衣原体等。原核细胞的主要特征是没有明显可见的细胞核，同时也没有核膜和核仁，只有拟核，进化地位较低。在新太古代初期，地球上可能存在地质时期的“第一次冰河期”，冰河世纪对生命的影响非常大，致使在太古宙中晚期有大量的菌类、低等的蓝藻和叠层石出现。
太古宙是一个重要的成矿期，有铁、金、镍、铬、铜、锌、稀有元素和一些非金属矿产等。同其他时代比较，许多矿产居于前列，而镍、金、铜、铁等矿产特别引人注目。如苏必利尔区、非洲南部和澳大利亚西部等地区，中国鞍山、本溪、冀东、吕梁等地大铁矿，吉南、辽西、冀东、小秦岭等地的金矿，均产于太古宙岩石中。
（2）原始生命的萌发期——元古宙
元古宙时期，是由原核生物向真核生物演化、从单细胞原生动物到多细胞后生动物演化的重要阶段。尤其是在岩层中广布蓝绿藻类的群体——叠层石（呈向上凸起的弧形或锥形叠层状，就像扣放着的一摞碗，称作叠层石），出现第一个发展高潮。由于藻类植物日益繁盛，它们营光合作用不断吸收大气中的CO2，放出O2，使气圈和水体从缺氧发展到含有较多氧的状态，为高等级生物发展和演化营造了良好的环境条件。1887年，S.F.埃蒙斯命名这点地质期叫作“元古宙”，意为早期原始生命。
元古宙，距今25亿～5.42亿年，持续大约19.6亿年的时间。元古宙又分为了始元古代、古元古代、中元古代和新元古代。其中，始元古代距今25亿～18亿年，历时7亿年。始元古代大量蓝藻、细菌开始出现，并走向繁盛。值得提及的是，这个时期是世界上形成特大型铁矿田，出现硅铁建造的主要时期。有科学家将距今25亿～23亿年这段时间称之为“成铁纪”，名称来自于希腊语“铁”（sideros）。
古元古代（18亿～12亿年前），历时6亿年。期间，蓝藻、细菌经过了几亿年的进化，终于进化出了大型宏观藻类。中元古代（12亿～6.3亿年前），历时5.7亿年。期间，在为距今8.50亿～6.30亿年间出现全球性的雪球事件，科学家们将这段时期命名为“成冰纪”。成冰纪期间生物演化进入低潮，但冰期过后海洋生物突然爆发。这就是元古宙的新元古代，距今6.3亿～5.42亿年的埃迪卡拉纪，有着极为特殊的意义。埃迪卡拉的名字来自南澳大利亚得里亚的埃迪卡拉山。1946年，RegSprigg曾在这里发现显生宙以前的化石，MartinGlaessner认为这是珊瑚和海虫的先驱。在以后几十年间，南澳大利亚和其他各大洲还找到很多的隐生宙化石，如“埃迪卡拉生物群”“澄江生物圈”等，彰显着地球从混沌、荒凉，走向生态文明的繁荣期。
1.3.3走向繁荣世界的地质期——显生宙
显生宙，意指“看得见生物的年代”。较40亿年发展历程的冥古宙、隐生宙相比，显生宙涵盖的时间段只有约5.7亿年。但地球岩石圈、水圈、大气圈和生物圈发生着前所未有的变化和质的飞跃，尤其自6亿年前的生物大爆发开始，生物进化事件不再是单细胞的原核生物（指细菌和藻类植物）的天下，逐渐向较高级的发展阶段跃进，动物具有外壳、骨骼结构逐渐清晰。因此，这个时期古生物化石资料种类繁多，地壳运动时序记录翔实，科学家们才能把显生宙详细分为古生代、中生代和新生代等三代十一纪。
（1）古生代
古生代，为5.42亿～2.5亿年前，持续了3.2亿年。包括了寒武纪（距今5.42亿～4.9亿年）、奥陶纪（距今4.9亿～4.38亿年）、志留纪（距今4.38亿～4.1亿年）、泥盆纪（距今4.1亿～3.54亿年）、石炭纪（距今3.54亿～2.95亿年）、二叠纪（距今2.95亿～2.5亿年）。其中寒武纪、奥陶纪、志留纪又合称早古生代，泥盆纪、石炭纪、二叠纪又合称晚古生代。
古生代时期的地壳运动和气候变化深刻影响自然环境的演替。其中，早古生代的地壳运动在欧洲称加里东运动，在美洲称太康运动，在中国又称广西运动。此时古北美、古欧洲、古亚洲、冈瓦纳古陆及古太平洋、古地中海都已形成。晚古生代地壳运动在欧洲称海西（华力西）运动，在北美称阿勒盖尼运动，在中国又称天山运动。经过古生代地壳运动，世界许多巨大的褶皱山系出现，南方的冈瓦纳古陆和北方的劳亚古陆联合在一起，形成泛古陆。晚古生代在冈瓦纳古陆发生了大规模的冰川作用，大冰盖分布于古南纬60°以内的今日南非、阿根廷等地，该冰川作用期即地质历史上的石炭——二叠纪大冰期。
在古生代，动物群以海生无脊椎动物中的三叶虫、软体动物和棘皮动物最繁盛，相继出现低等鱼类、古两栖类和古爬行类动物。鱼类在泥盆纪达到全盛，石炭纪和二叠纪是昆虫和两栖类繁盛，最早的无翼的昆虫是在下泥盆纪时代就出现的，到上石炭纪已有有翼的昆虫超过500种，在陆地上生活的脊椎动物还保存着相当的水生习性，由于还没有竞争对手所以它们的种类非常多，有些长到6m长。在上石炭纪的末期还找到了最古老的可以算作爬行动物的骨骼化石。这时也出现了最早的带有硬壳的蛋。
古植物在古生代早期以海生藻类为主，至志留纪末期原始植物开始登上陆地。泥盆纪以裸蕨植物为主，而进入石炭、二叠纪尤其是上石炭纪可以被称为是蕨类植物的时代。由几个立方米的木头才能演变为1立方米的煤，其蕨类植物森林的规模就可以从今天石煤层的规模中换算出来。这些成为今天的石煤的植物中最主要的是鳞木目和封印木属的植物。这些树状的植物属于今天的石松纲，它们高可以达到40m，直径可达1m。属于问荆的芦木也达到20m高，舌羊齿类植物也成为树一般的高大木质植物。石炭纪末期有花植物（裸子植物如歧杉和瓦契杉）出现。
（2）中生代
中生代最早由意大利地质学家GiovanniArduino所划分，距今2.5亿～0.65亿年，持续约1.85亿年。分为三叠纪（距今2.5亿～2.05亿年），1834年命名于德国西南部，那里有三套截然不同的地层；侏罗纪（距今2.05亿～1.35亿年），因1829年前后在德国和瑞士交界的侏罗山发现有明显地层特征而命名；白垩纪（距今1.35亿～0.65亿年），因1822年发现英吉利海峡两岸悬崖上露出白色沉积物，恰是当时制粉笔的白垩土而得名。