米勒通過實驗驗證了化學起源學說的第一步。在這個實驗中，一個盛有水溶液的燒瓶代表原始的海洋，其上部球型空間里含有氫氣、氨氣、甲烷和水蒸汽等“還原性大氣”。米勒先給燒瓶加熱，使水蒸汽在管中循環，接著他通過兩個電極放電產生電火花，模擬原始天空的閃電，以激發密封裝置中的不同氣體發生化學反應。而球型空間下部連通的冷凝管讓反應后的產物和水蒸汽冷卻形成液體，又流回底部的燒瓶，即模擬降雨的過程（如圖所示）。經過一周持續不斷的實驗和循環之后，米勒分析其化學成分時發現，其中含有包括5種氨基酸和不同有機酸在內的各種新的有機化合物。米勒的實驗試圖向人們證實，生命起源的第一步，從無機小分子物質形成有機小分子物質，在原始地球的條件下是完全可能實現的。根據實驗結果，米勒的裝置中生成了20種有機物，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。因此，米勒的實驗結果有力地支持了化學起源學說，即生命起源的第一步，即從無機小分子物質形成有機小分子物質，在原始地球的條件下是完全可能實現的。在圖中所示的A裝置中，米勒泵入了甲烷、氨、氫和水蒸氣等氣體，用來模擬原始大氣的成分和原始地球的條件。B裝置用于產生水蒸氣，模擬原始海洋。C裝置則含有有機物的溶液。這些裝置共同模擬了原始地球環境下的化學反應過程。實驗中，米勒通過兩個電極放電產生電火花，模擬原始天空的閃電，激發密封裝置中的不同氣體發生化學反應，生成新的有機化合物。這些化合物包括氨基酸和有機酸等，這些有機物是生命起源的基礎。總的來說，米勒的實驗為化學起源學說提供了重要的實驗支持，證明了在原始地球條件下，無機小分子物質可以轉化為有機小分子物質，這是生命起源過程中的關鍵一步。