Una cantidad considerable de agua habría estado en el material que formó la Tierra. Las moléculas de agua habrían escapado de la gravedad de la Tierra más fácilmente cuando era menos masiva durante su formación. Se espera que el hidrógeno y el helio escapen continuamente (incluso hasta el día de hoy) debido al escape atmosférico.

Se teoriza que parte del planeta antiguo fue perturbado por el impacto que creó la Luna, que debería haber causado el derretimiento de una o dos grandes áreas. La composición actual no coincide con la fusión completa y es difícil fundir y mezclar completamente grandes masas de roca. Sin embargo, una buena fracción del material debería haber sido vaporizado por este impacto, creando una atmósfera de vapor de roca alrededor del joven planeta. El vapor de roca se habría condensado en dos mil años, dejando atrás volátiles calientes que probablemente dieron lugar a una atmósfera pesada de CO2 con hidrógeno y vapor de agua. Los océanos de agua líquida existían a pesar de la temperatura superficial de 230 °C (446 °F) debido a la presión atmosférica de la atmósfera de CO2 pesado. A medida que el enfriamiento continuaba, la subducción y la disolución en el agua del océano eliminaban la mayor parte del CO2 de la atmósfera, pero los niveles oscilaban salvajemente a medida que aparecían nuevos ciclos de superficie y manto.

El estudio de los circones ha encontrado que el agua líquida debe haber existido hace 4.400 millones de años, muy poco después de la formación de la Tierra. Esto requiere la presencia de una atmósfera. La teoría de la Tierra Fría Temprana cubre un rango de hace unos 4.400 a 4.000 millones de años.

Un estudio de circones de septiembre de 2008 encontró que la roca hadea australiana contiene minerales que apuntan a la existencia de tectónica de placas hace ya 4.000 millones de años. Si esto es cierto, el tiempo en que la Tierra terminó su transición de tener una superficie caliente y fundida y una atmósfera llena de dióxido de carbono, a ser muy similar a lo que es hoy en día, puede datarse aproximadamente de hace unos 4.000 millones de años. La acción de la tectónica de placas y los océanos atrapa grandes cantidades de dióxido de carbono, eliminando así el efecto invernadero y llevando a una temperatura superficial mucho más fría y a la formación de roca sólida, y posiblemente incluso vida.