游离氧的出现，促进了生命的进化，这就是真核细胞的出现（距今10～15亿年），即在生物进化史上出现了有性繁殖和多细胞的生物。生物更为多样化。

大气氧的出现，改变了地球化学过程和岩石圈的成分。在放氧的光合作用未发生前，地球表面是缺氧环境，化学元素以还原状态存在。随着游离氧的释放，这些元素从还原态转变为氧化态。例如原来在地表水和海水中大量存在的还原态铁（低价铁），被氧化为氧化态的高价铁；硫化物被氧化为硫酸盐。这些氧化物的出现反映在前寒武纪的古老岩石上。最古老沉积岩中的带状铁质夹层（距今18～22亿年），稍晚的陆相红层以及前寒武纪晚期出现的巨厚硫酸钙沉积，都证明大气氧浓度的不断提高。

与铁、硫被氧化的同时，大量还原性碳转化为 CO2，增加了海水中HCO婣和CO卲的浓度，产生碳酸盐沉积,形成前寒武纪晚期的石灰岩和白云岩。到了寒武纪，含钙外壳的后生动物在海水中大量出现，生物开始直接参与地质大循环。此后，海洋中的碳酸钙沉积，几乎都是含钙有机体的产物。

随着大气氧浓度的增加，在大气层中形成臭氧层。臭氧层的形成对生命的保护有极重大的意义，因为它能遮断危害生命的高能紫外辐射。最初生命只能在紫外线照射不到的水下5～10米深处发育,随着臭氧层的保护能力的不断提高，生命发展到水体表层，进而由水面发展到陆地（志留纪晚期，距今约4.2亿年）。