指導思想（1）現在遠離太陽、歷史上可能變化較小的巨行星（如木星和土星），它們的大氣都是沒有游離氧（O2）的還原性大氣，其主要成分是氫（H2）、氦（He）、甲烷（CH4）和氨（NH3）；由此推測原始地球的大氣，大概也是這樣的還原性大氣。（2） 據測定，現在能作用于地球大氣層的能源，主要是太陽輻射中的紫外線、雷電和宇宙射線等。其中宇宙射線不足以合成有機物，還原性氣體僅吸收短波紫外線，但短波紫外線（波長＜1500埃）在太陽輻射紫外線中僅占極微量，可作有機合成能源的量極少；而每年雷電次數較多，可作有機合成的能量較大，又在靠近海洋表面處釋放，這樣在原始地球還原性大氣中合成的產物就很容易溶于原始海洋之中。基于上述考慮，米勒在實驗室內進行了模擬原始地球還原性大氣中雷鳴閃電的實驗，看看能否合成有機物，特別是氨基酸、核糖、嘧啶、嘌呤等組成蛋白質和核酸的生物小分子。
實驗步驟和結果 實驗裝置如圖所示。將水注入左下方的500毫升燒瓶內。先將玻璃儀器中的空氣抽去。然后打開左方的活塞，泵入CH4、NH3和H2的混合氣體（模擬還原性大氣）。再將500毫升燒瓶內的水煮沸，使水蒸汽（H2O）和混合氣體同在密閉的玻璃管道內不斷循環，并在另一容量為5升的大燒瓶中，經受火花放電（模擬雷鳴閃電）一周，最后生成的有機物，經過冷卻后，積聚在儀器底部的溶液內（圖中以黑色表示）（模擬原始大氣中生成的有機物被雨水沖淋到原始海洋中）。此實驗結果共生成20種有機物（如表1所示）。其中11種氨基酸中有4種（即甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸）是生物的蛋白質所含有的。以后，米勒認為，設想原始地球還原性大氣的成分是CH4、N2、微量的NH3和H2O的混合氣體更為合理，因為NH3不可能在大氣中大量存在，它會溶于海水中。他和他的合作者于1972年在上述混合氣體中進行火花放電，結果得到35種有機物，其中有10種組成蛋白質的氨基酸，即甘氨酸（440微克分子，以下均同此單位）、丙氨酸（790）、纈氨酸（19.5）、亮氨酸（11.3）、異亮氨酸（4.8）、脯氨酸（1.5）、天冬氨酸（34）、谷氨酸（7.7）、絲氨酸（5.0）和蘇氨酸（～0.8）。若在分析之前進行水解，還可生成天冬酰胺和谷氨酰胺。若增加H2S，則可生成甲硫氨酸。在CH4、NH3、H2O和H2S混合氣體中進行光解作用，可以找到半胱氨酸。對CH4及其它碳氫化合物在高溫下進行熱解，可以得到苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。到目前為止，用米勒模擬實驗和其它類似實驗，已能合成出20種天然氨基酸中的17種；其余三種（賴氨酸、精氨酸和組氨酸）相信在改進技術之后，不久亦能合成。
氨基酸生成的可能機理 米勒在火花放電的頭125小時內，不斷打開“U”形管的活塞抽樣，進行分析，發現首先合成了大量的氰化物和醛類；以后它們的合成速度逐漸下降，而在整個實驗期間，均以近乎恒定的速度合成氨基酸，其反應過程大致如下：
就是說，首先甲烷與氨作用生成氰，甲烷與水作用生成醛類；然后氰、醛類與氨作用生成氨基腈（aminoni- trile）；氨基腈水解就生成氨基酸。
星際分子和隕石資料的佐證 上述過程現今在宇宙和其他天體還在發生，星際分子和隕石中有機物的發現可以證明。據我國天文工作者統計，到1985年為止，已發現星際分子66種，其中除氨、氰等十幾種無機分子外，大都是含C的有機化合物如甲醛、甲醇、甲酸、乙醇、丙炔腈（N≡C-C≡CH）等。星際分子中甲醛和氰的量很大，與米勒放電實驗中最初的中間產物相同。當它們與氨反應再經水解就能生成氨基酸。1969年9月28日，一顆碳質球粒隕石（carbonaceous chon- drite）墮落在澳大利亞的麥啟遜（Murchison）鎮，經克文沃爾登（K.A.Kvenvolden）等化驗，發現含有18種氨基酸，其中有6種（甘、丙、纈、脯、谷、天冬）是生物所含有的，其種類與含量同米勒放電實驗生成的頗為相似（見表2）。此外，1971年沃森（G.Wat-son）用紫外線照射含有NH3、CH2OH和HCHO的混合氣體25天，結果獲得了甘氨酸、谷氨酸與少量的天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、脯氨酸、亮氨酸和異亮氨酸。這個實驗沒有水，原料都是已知的星際分子。以上種種事實表明，原始大氣由無機物生成生物小分子不但是可能的，而且這種過程現在宇宙間仍在發生。
科學意義 生命起源是一個極其復雜而又難以研究的問題。雖然19世紀70年代恩格斯在《反杜林論》中就指出：“生命的起源必然是通過化學的途徑實現的”；20世紀20年代奧巴林和霍爾丹也相繼提出生
命起源的化學進化觀點，即認為在原始地球的條件下，無機物可以轉變為有機物，有機物可以發展為生物大分子和多分子體系，直到演變出原始的生命體；但這些都只是理論的推測，還缺乏令人信服的實驗證據。米勒首次在實驗室內模擬原始地球還原性大氣中的雷鳴閃電，結果從無機物合成出有機物，特別是多種組成蛋白質的氨基酸，這是生命起源研究的一次重大突破。后來，科學家們仿效米勒的模擬實驗，已合成出大量
麥啟遜隕石中檢測到的與模擬放電
實驗中生成的氨基酸之比較
對甘氨酸的克分子（=100）之比：*0.05～5；**0.5～5；***5～50；****＞50
與生命有關的有機分子。例如，有人用紫外線或γ射線照射稀釋的甲醛（HCHO）溶液獲得了核糖和脫氧核糖（1966）；用紫外線照射HCN獲得了腺嘌呤和鳥嘌呤；用丙炔腈（N≡C-C≡CH）、KCN和H2O，在100℃下加熱一天得到了胞嘧啶（1966）；將NH3、CH4、H2O與聚磷酸加熱到100～140℃獲得了尿嘧啶（1961）；將腺嘌呤和核糖的稀溶液與磷酸或乙基偏磷酸鹽（ethyl- metaphosphate）放在一起，用紫外線照射，可生成腺苷（1977）；將腺苷、乙基偏磷酸鹽封入石英玻璃管中用紫外線照射，可產生腺苷酸（A）（1966）。此外，長鏈脂肪酸也可通過在高壓下用γ射線照射乙烯和CO2而獲得。可以說，幾乎全部的生物小分子，現在都可以通過模擬原始地球的條件，在實驗室內合成了。