Das Leben selbst ist das größte Geheimnis. Fragen, was ist das Leben, wie entsteht Leben, was sind die Merkmale des Lebens? Was unterscheidet Leben von Nichtleben beschäftigen den Menschen seit Jahrhunderten. Allgemein anerkannt sind folgende Merkmale des Lebens. Obwohl nicht lebende Dinge einige dieser Eigenschaften auch zeigen können, besitzen nur Lebewesen alle von ihnen:

1. Bewegung: Alles, was lebt, bewegt sich.
2. Wachstum: Lebewesen durchlaufen ein geregeltes Wachstum. Dieses Merkmal des Lebens drückt sich im Größen- und Gestaltwandel eines Lebewesens aus. Wachstum ist die irreversible Volumenzunahme eines Organismus oder seiner Teile.
3. Reizbarkeit: Durch die Fähigkeit, Reize aufzunehmen, zu verarbeiten und darauf zu reagieren, steht ein Lebewesen in ständiger Beziehung zur Umwelt.
4. Fortpflanzung: Lebewesen können sich selbst reproduzieren, um neue Organismen zu schaffen. Durch Fortpflanzung und Vermehrung sichert ein Lebewesen die Erhaltung seiner Art.
5. Stoff- und Energiewechsel liefert die stofflichen und energetischen Grundlagen für die anderen Lebensmerkmale wie Wachstum, Entwicklung, Bewegung, Reizverarbeitung und Fortpflanzung.

Dabei wird unterschieden zwischen autotrophen und heterotrophen Organismen. Autotrophe Organismen nehmen für ihren Stoffaufbau anorganische Stoffe (Kohlenstoffdioxid, Wasser und Mineralsalze) auf. Heterotrophe Organismen nehmen organische Stoffe (Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße) auf. Autotrophie erfordert Energie. Je nach der Energiequelle unterscheidet die Forschung zwischen Photoautotrophie und Chemoautotrophie. Unter ersterer sind vor allem Fotosynthese betreibende Primärproduzenten (insbesondere Pflanzen) zu nennen. Bei ihnen dient Licht als Energiequelle. Fast alle Pflanzen und Algen sowie einige Bakterien, wie z. B. Schwefelpurpurbakterien und Grüne Schwefelbakterien, wandeln mithilfe von Chlorophyll-haltigen Systemen Lichtenergie in chemische Energie (ATP) um, die sie zum Aufbau von Bau- und Reservestoffen aus anorganischen Stoffen verwenden. Chemoautotrophie ist die Nutzung von chemischer Energie für die Nutzung von CO₂ zum Aufbau von Biomasse. Chemoautotrophie kommt bei Bakterien und Archaeen vor. Beispiele sind u. a. Schwefelbakterien, nitrifizierende Bakterien und einige Methanbildner. Kohlenstoff-autotrophe Organismen verwenden für die Bildung organischer Baustoffe in der Regel Kohlenstoffdioxid CO₂ als anorganische Kohlenstoffquelle. Die anorganischen Kohlenstoffverbindungen werden reduziert und der Kohlenstoff in organische Verbindungen eingebaut. Die wichtigsten biologischen Stoffwechselvorgänge, mit deren Hilfe Kohlenstoffdioxid assimiliert wird, sind der Calvinzyklus (chemische Umsetzungen, durch die Kohlenstoffdioxid zu Glucose reduziert und assimiliert wird, z. B. in C₃-Pflanzen), der Wood-Ljungdahl-Weg (Stoffwechselweg autotropher, strikt anaerober Mikroorganismen), der reverse Citratzyklus (wurde bei Grünen Schwefelbakterien sowie bei Grünen Nichtschwefelbakterien entdeckt) und die Carboxylierung von Pyruvat. Alle Pflanzen assimilieren Kohlenstoffdioxid mithilfe des Calvinzyklus, der gleichzeitig der energieaufwändigste ist. Weiteres Merkmal für Leben sind die Zellen, der Grundbaustein jeglichen Lebens. Lebewesen bestehen aus Zellen. Die Zelle ist die kleinste lebende Einheit aller Organismen. Meistens wird auch die Evolution - also die Weiterentwicklung von Lebewesen und die Anpassung an die Umgebung - als Merkmal des Lebens angesehen.

Wie und wann Leben auf der Erde begonnen hat, ist nach wie vor ein Geheimnis. Die derzeit populärste (autotrophe) Theorie zur Entstehung des Lebens postuliert die Entwicklung eines primitiven Stoffwechsels auf Eisen-Schwefel-Oberflächen unter reduzierenden Bedingungen, wie sie in der Umgebung von vulkanischen Ausdünstungen anzutreffen sind. Im Äonzeitalter, vor zwischen 4,6 und 3,5 Milliarden Jahren, war die Erdatmosphäre wahrscheinlich reich an Gasen, vor allem Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid, während in den heißen Ozeanen relativ hohe Konzentrationen an Ionen von Übergangsmetallen wie Eisen (Fe²⁺) oder Nickel (Ni²⁺) enthalten waren. Forscher nehmen aber an, dass sich das Leben vor etwa 3,5 Milliarden Jahren in der Tiefsee in der Umgebung von hydrothermalen Quellen, den sogenannten Schwarzen Rauchern entwickelte. Ein starkes Indiz für die Theorie, dass Leben in der Tiefsee in der Nähe von heißen Quellen entstanden ist, sind Archaebakterien. Sie sind die ältesten Lebensformen, die wir heute kennen und leben in Habitaten mit extremen Umgebungsbedingungen. Allerdings beantwortet diese Theorie nicht die Frage, wie Leben prinzipiell entstanden ist. Die Forschung geht davon aus, dass sich nur eine Form von Leben, nämlich die auf Nukleinsäuren (RNA und DNA) beruhende, durchgesetzt hat. Entscheidendes Indiz für diese Theorie ist die Gleichheit der Bausteine der zwei wesentlichsten Lebens-typischen Makromoleküle in allen bekannten Lebensformen. Das sind die fünf Nukleotide als Bausteine der Nukleinsäuren und die 21 Aminosäuren als Bausteine der Proteine, sowie der universell gültige genetische Code. Ob es weitere Lebensformen gegeben hat bzw. weitere überhaupt möglich sind, ist unbekannt. Mit dem genetischen Code, der bei allen bekannten Arten von Lebewesen in den Grundzügen gleich ist, wird die Weise bezeichnet , mit der die Abfolge der Nukleotide (= Bausteine der Nukleinsäuren sowohl in Strängen der Ribonukleinsäure) einer Nukleinsäure, üblicherweise Desoxyribonukleinsäure (DNS, englisch DNA) oder Ribonukleinsäure (RNS, englisch RNA), eines RNA-Einzelstrangs in die Aminosäurensequenz der Polypeptidkette eines Proteins übersetzt wird. In der Zelle geschieht dies, nachdem zuvor die in der Abfolge von Basenpaaren des DNA-Doppelstrangs niedergelegte Erbinformation in die Sequenz des RNA-Einzelstrangs (Boten- oder Messenger-Ribonukleinsäure, mRNA) umgeschrieben wurde. Die spezifische Abfolge der Basen in einem sogenannten Triplett, (= Verschlüsselung der genetischen Information für die Eiweißsynthese in der DNA und RNA), stellt dabei die kleinste bedeutungstragende Einheit des genetischen Codes dar, ein Codon. Ein Basentriplett besteht aus drei aufeinanderfolgenden Nukleobasen einer Nukleinsäure.