바이오스피어 2의 모든 시설은 최대한 현재의 지구 상태와 비슷한 환경을 갖추도록 만들어졌다. 열대 우림 지역과 바다, 사막까지 조성되어 있었으며, 이 안에 8명의 사람이 들어가 외부와의 물질 교환없이 자급 자족 생활을 할 수 있도록 만들어져 있었다. 또한 바이오스피어 2 내의 생태계를 유지하기 위해서 천장 부분을 유리로 만들어 외부의 태양 광선을 받아들일 수 있도록 했다.

전체 규모는 약 1.25ha(4000평 정도)에 달했으며, 철골과 유리, 콘크리트 구조물로 이루어져 있었다. 전체적으로는 유리 온실과 같은 구조였으나 내부에는 열대우림, 사바나, 사막, 바다, 습지 등 지구상에서 볼 수 있는 다섯가지 형태의 지역을 설치했으며 농경지와 거주지를 만들었다. 외부와는 완전히 격리되어 있었으며 물질의 교환이 벌어지지 않도록 만들어졌다.

내부에는 약 3,000종의 생물을 집어 넣었으며, 우림에는 아마존에서 직접 가져온 300종의 식물이 심어졌다. 바다에 넣을 산호초를 카리브해에서 직접 가져왔으며, 다양한 종류의 척추동물도 함께 넣어졌다.

1차 실험에 참가한 사람들은 1991년 9월 부터 2년간 외부와 완전 고립된 채 농사를 지으며 생활할 계획이었다. 그러나 18개월 만에 바이오스피어 2는 치명적인 불균형 상태를 맞이하게 되었다. 농사용 토양에 함유된 다량의 유기물은 박테리아 서식에 호조건을 제공하였고 이로 인해 산소 농도가 줄어들게 되었다. 게다라 건물의 콘크리트벽도 산소를 흡수 한 채 방출하지 않았다. 반면 이산화탄소가 충만하여 잡초만이 주체 할 수 없을 정도로 자라고 개미와 바퀴와 같은 일부 곤충만이 번식하게 되었다. 사람들의 먹거리도 문제였다. 자연의 넓은지역에서 번식하는 동물과는 다르게 좁은 실험실 공간안에서는 가축 외에는 사냥하지 않았기 때문이다. 가축만을 도살했지만 멸종을 피할 수는 없었다. 제일 먼저 멸종된 것은 돼지였다. 

식물의 꽃가루 받이를 대신해 주던 곤충들이 죽자 식물들도 번식할 수 없게 됐으며 25종의 작은 동물들 가운데 19종이 절멸하고 말았다. 결국 바이오스피어 2 실험이 실패로 막을 내린 것이다. 실패의 직접적인 원인은 콘크리트 벽이 산소를 잡아먹는 바람네 사람이 숨을 쉴 수 없게 됐기 때문이었다. 그러나 더 근본적인 이유는 자연의 복잡하고도 미묘한 이치와 원리를 사람들이 모두 파악하지 못하는데 있다는 것이 실험을 주조한 과학자들의 결론이다. 미네소타 대학의 데이비드 틸먼 박사는 "바이오스피어 2의 실패는 중요한 교훈을 남겼다."고 평가했다. 인류가 자연상태를 계속 파괴할 경우 나중에 이를 치류할 방법이 전혀 없어진다는 점을 깨우쳐 주었다는 지적이다.

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