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El experimento consistió, básicamente, en someter una mezcla de metano, amoníaco, hidrógeno, dióxido de carbono, nitrógeno y agua a descargas eléctricas de 60.000 voltios a temperaturas muy altas. Como resultado, se observó la formación de una serie de moléculas orgánicas, entre la que destacan ácido acético, glucosa, y los aminoácidos glicina, alanina, ácido glutámico y ácido aspártico, usados por las células como los pilares básicos para sintetizar sus proteínas.
Stanley L. Miller, estudiante de la Universidad de California, le propuso a su director Harold Urey realizar un experimento para contrarrestar la hipótesis de Alexander Oparin y J. B. S. Haldane, según la cual en las condiciones de la Tierra primitiva se habían producido reacciones químicas que condujeron a la formación de compuestos orgánicos a partir de inorgánicos, que posteriormente originaron las primeras formas de vida. Urey pensaba que los resultados no serían concluyentes pero finalmente aceptó la propuesta de Miller; diseñaron un aparato en el que simularon algunas condiciones de la atmósfera de la Tierra primitiva.
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