氧气是生命存在的一个良好指针。氧及臭氧将是天体生物学家首先关注的目标。如果没有生命，氧在岩质行星上应该非常罕见。虽然即使没有生命，紫外线也能将水蒸气分解成氢和氧，从而产生少量氧，但这些氧会被行星表面的岩石和矿物质的氧化反应迅速耗尽。此外，火山气体也会与氧发生反应，将它从大气层中除去。事实上，仅仅是地质过程就很不利于氧的积累。因此，富含氧的大气层就失去了化学平衡，也就意味着某些“活跃因子”――即进行光合作用的生物――在不断地补充大气层中的氧。比如，如果没有生命存在，地球大气层中氧的浓度就不可能达到 20％。

在搜寻外星生命时，科学家关注的第二个目标是甲烷。地球生命在诞生后的大约10亿年间，很可能还没有进化到能产生光合作用的时期。那时，地球上的霸主是微型有机体，它们利用自地球内部泄漏的气体中的能量，产生甲烷等副产物。因此，在与早期地球的地质结构类似的行星上，较高的甲烷水平可能就代表着生命的存在。但与氧相比，甲烷是一个更加模糊的指标，因为地质结构与地球大不相同的行星纵然毫无生命，也能产生大量甲烷。

有关太阳系外行星的其他细节――诸如其大小、与母星的距离、二氧化碳和水蒸气含量以及反射率等――都将有助于科学家准确解释所发现的甲烷和氧是否与生命存在有关。这些指标都能通过“类地行星发现者”和其他天文望远镜的观测来加以测定(至少可以估计出来)。

上述思路中的一部分，已经在惟一已知有生命的行星――地球上得到了检验。1990年，“伽利略号”飞船在前往木星的途中借助引力时，曾经过地球。当时，“伽利略号”上携带的传感器探测到地球大气层中高浓度的氧和甲烷，还探测到了地面上的叶绿素。叶绿素能吸收可见光谱末端的红光，它是指示生命存在的一面“红旗”。可惜的是，“类地行星发现者”无法探测到行星表面上的叶绿素，因为行星大气层中的水蒸气在“类地行星发现者”眼中是不透明的，因而“类地行星发现者”就发现不了它下面的行星表面。但是，即使看不见叶绿素，一旦“类地行星发现者”发现氧和甲烷的迹象，也能初步证明外星上可能存在生命。

一旦“类地行星发现者”发现某个类地行星的大气层中有大量氧和一些甲烷，就说明该行星可供居住，因而这将是一个非常重大的发现。但这就能证明真的存在外星生命吗?要知道，在科学发现中最重要的是实证，尤其是在谈论地外生命时更需要确凿的证据。不过，天体生物学家认为，就算只有大量氧和少量甲烷的证据也是十分诱人的。

天体生物学家在搜寻地外生命时，时常提醒自己不要以地球为中心。事实上，外星生命完全有可能与地球上的生命有着本质的区别，这也是对天体生物学家(更不要说科幻小说迷)想象力的最激动人心的挑战。如果生命的进化的确是像达尔文等学者所说的那样，即由随机变异和自然选择来确定，地球人又怎能期望外星生命在外形上与地球上的一样呢?其实，恐怕一点都不相像。科学家认为，“外星人”的“体格”应由其“父母星”上的环境而定。如果“父母星”上的大气很稠密，则“外星人”可能在外形上会像气球；如果“父母星”上的引力很强大，那么“外星人”的大小可能就只相当于地球上的虫。

即使“外星人”是普遍存在的，我们也可能只能意识到其中很少数的存在，因为很多“外星人”的外形都是我们所无法想象的，我们也无法同它们沟通，或许它们生活在大洋深处，从不显露自己的真面目。

其实，地球人早已在另一个行星上寻找过地外生命。1967年，美国的两艘“海盗号”飞船曾登陆火星，每艘飞船上都配备有微型生物实验室。飞船搜集的火星尘土被用来进行了一系列实验，包括暴露在低湿度下、水滴中和营养液里。当时的生物学家认为，如果火星尘土中有微生物，实验仪器就应该能检测到它们的新陈代谢过程。尽管仪器最终未能发现火星尘土中有微生物存在，但有些科学家却指出，这仅仅是由于寻找是按照地球微生物的标准进行的，而不一定表示火星尘土中就真的没有微生物。
地球人对地球生命的认识也在不断改变和加深。最近，科学家在美国爱达荷州一处温泉的深处发现了一群生活得很昌盛的微生物，它们是细菌的一种古老亲戚，通过把岩石中的氢和二氧化碳结合起来以制造能量，因而完全不依赖阳光而存活。它们像地表生物一样数量众多。换言之，它们组成了地球地壳内的一个完整生物圈。

宇宙探索――外星生命