人类生活在地球上，衣食住行等一切活动都离不开地球。如人们要靠山川大地获取生活资料以维持生命，要从地球中开采矿物资源制造生产和生活工具，要了解地球上的自然地理和气候条件以便发展生产，要与地球上发生的各种自然灾害作斗争。因而，人类在长期的实践中逐步加深了对地球的认识，并且逐渐形成了一门以地球为研究对象的科学——地球科学（geoscience）。
地球科学简称地学，是数学、物理学、化学、天文学、地学、生物学六大基础自然科学之一。地球科学以地球为研究对象（图0-1），包括环绕地球周围的气体（大气圈）、地球表面的水体（水圈）、地球表面形态和固体地球本身。至于地球表面的生物体（生物圈），由于其研究内容广、分支学科较多、研究方法具有特殊性，因而已独立成一门专门的基础自然科学——生物学。但生物的起源与演化、生物体与生存的地球环境之间的关系也属于地球科学的研究范畴。
图0-1 地球系统（包括各圈层子系统）及其宇宙环境
作为地球科学研究对象的地球，实际上由多个性质不同的圈层组成；从地心到大气层的最外侧，可分为地核（包括内核、过渡层和外核）、地幔（包括下地幔和上地幔）、地壳（或岩石圈）、水圈、生物圈（包括人类圈）和大气圈等，它们共同组成一个相互依存、相互作用的统一系统，称为地球系统；地球系统的各个圈层属于其子系统，子系统还可进一步分为不同的级次。整个地球系统处于不断地运动、变化过程之中。地球空间以外的地月系、太阳系、银河系等构成了地球系统的宇宙环境。现代地球科学为了更深入地认识地球系统的运动、变化特征与规律，已将其研究对象扩展到了地球系统的宇宙环境（图0-1）。
地球科学是一门理论性和应用性都很强的科学。它不仅承担着揭示自然界奥秘与规律的科学使命，同时也为生活在地球上的人类如何利用、适应和改造自然提供科学的方法论。随着生产和科学技术的发展，地球科学的研究内容和领域也在不断地深入和扩展，逐渐形成了日臻完善的由多学科组成的综合性学科体系。地球科学目前主要包括地质学、地球物理学、地球化学、地理学、气象学（或称大气科学）、水文学、海洋学、土壤学、环境地学、地球系统科学等学科。其中，地质学由于其研究领域广博、分支学科较多，并且以研究地球的本质特征为目的，因而成为地球科学的主要组成部分，以至于人们有时把地质学和地球科学作为同义语使用，其实两者的含义是有差别的，它们具有包容关系。随着科学的发展，地球科学还会不断地诞生新的学科和出现一些边缘学科。
地理学（geography）主要研究地球表面的各种地形、地理环境及其结构、分布和演变规律，并涉及自然和社会两个领域之间的相互关系。地理学一般可分为自然地理学和人文地理学两大组成部分。自然地理学是研究自然地形、地理环境的结构及发生、发展规律的学科，主要包括普通自然地理学、区域自然地理学、地志学等。人文地理学是研究人和社会与自然地形、地理之间的相互关系的学科，主要包括政治地理学、社会地理学、人口与聚落地理学、经济地理学、历史地理学等。
气象学（meteorology）以地球周围的大气圈为研究对象，主要研究大气的物质组成、各种物理性质、物理现象及其变化规律。其研究内容很广泛，包括许多分支学科和应用学科；其目的在于揭示大气中的各种物理现象和物理过程的发生、发展本质，从而掌握并应用它为人类生活和国家经济建设服务。气象学的主要分支学科有大气物理学、天气学、气候学、高空气象学、动力气象学等；主要的应用学科有卫星气象学、无线电气象学、航空气象学、海洋气象学、农业气象学、林业气象学等。
水文学（hydrology）和海洋学（oceanography）以地球表面分布的水体为研究对象。水文学主要研究地球上江河、湖沼、冰川、地下水以及海洋等各种水体的数量、质量、运动变化与分布规律，以及它们与地理环境、生态系统和人类社会之间的相互影响与相互联系。海洋学是以海洋作为一个独立体进行研究的，它实际上是从地球科学的其他几个分支学科中独立出来的，这是由于海洋在现代地球科学、人类生存环境和未来社会发展中的地位越来越重要的缘故。海洋学是研究海洋中发生的各种现象和规律及其相互关系的各门学科的总称，根据研究内容不同可分为物理海洋学、海洋水文学、海洋化学、海洋生物学、海洋气象学和海洋地质学等。
土壤学（soil science）以地球表面发育的土壤层为研究对象。主要研究土壤的物质组成、结构、类型、分布和形成发展过程。根据具体研究内容和应用领域的不同，土壤学也有一些分支学科，如土壤生物学、土壤地理学、土壤气候学、土壤物理学、土壤化学、土壤地质学等。
地球物理学（geophysics）是应用物理学的方法研究地球的一门学科，是近代发展起来的地球科学与物理学相结合的一门重要边缘学科。广义的地球物理学的研究对象包括固体地球及其表部的水体和周围的大气圈。但由于水体和大气圈的研究都已建立起相应的独立学科，所以一般所称的地球物理学是狭义的，其主要研究对象是固体地球，因而也可称之为固体地球物理学。地球物理学重点研究固体地球的各种物理性质、物理现象及其发生与发展过程、地球的内部构造与组成、地球的起源与演化等。其主要分支学科有地震学、地磁学、重力学、地热学、地电学、大地测量学、大地构造物理学和应用地球物理学等。其中，应用地球物理学主要是研究地球物理勘探方法及其在地球资源的勘探与开发、地球环境的监测与保护等方面的应用。
地球化学（geochemistry）是应用化学的方法研究地球的一门学科，也是近代发展起来的地球科学与化学相结合的一门边缘学科。地球化学主要是研究地球及其子系统（含部分宇宙体）的化学组成、化学作用和化学演化的科学。其主要分支学科有元素地球化学、同位素地球化学、岩石地球化学、矿床地球化学、区域地球化学、海洋地球化学、生物地球化学、环境地球化学、宇宙化学、地球化学热力学等。
地质学（geology）研究的主体对象也是固体地球，当前主要是研究固体地球的表层——地壳或岩石圈。地壳或岩石圈的厚度一般为几十千米到300 km左右，与地球的半径（平均约6371 km）相比只是一个很薄的表壳。这一薄壳之所以成为地质学当前研究的主要对象，一方面是出于实际需要，因为这一层与人类的生活、生产及生存直接相关；另一方面是受现时人类能力的限制。人们可以直接观测和研究地球表层，但现阶段人类尚无能力对地下深处进行直接研究。钻井取样是目前人们获取地球较深部物质进行直接研究的唯一途径，但由于受当前技术水平的限制，钻井所能达到的深度是有限的。目前世界上最深的钻井（12.5 km）位于俄罗斯西北部的科拉半岛，这一深度尚不足该区大陆地壳厚度的1/2。可以相信，随着科学技术的发展，地质学研究的对象将不断向地球的深部（如地幔、地核）扩展。
地质学的研究内容主要包括固体地球（重点是地壳或岩石圈）的物质组成、内部构造和形成演化历史。按其研究内容和任务的不同，地质学的主要分支学科可简单列举如下：
1）研究地球的物质组成方面的学科，如结晶学、矿物学、岩石学等；
2）研究地球的内部构造方面的学科，如构造地质学、构造物理学、区域构造学、地球动力学等；
3）研究地球的形成演化方面的学科，如古生物学、地层学、地史学、古地理学、地貌学及第四纪地质学等；
4）研究地质学的应用方面的学科，可分为两个方面：其一是研究地下资源方面的分科，如矿床学、石油地质学、煤田地质学、水文地质学等；其二是研究地质与人类生活环境及灾害防护方面的分科，如工程地质学、环境地质学、地震地质学等。
此外，人们为了更好地研究上述地质学的各个方面，不断地吸收和借鉴其他一些学科的先进理论、方法和技术，用以促进和深化地质学的各项研究，于是逐渐形成了一系列的边缘学科，如数学地质、同位素地质学、天文地质学、遥感地质学及实验地质学等，这些边缘学科在现代地质学各领域的研究中发挥着极其重要的作用。
环境地学（environmental geoscience）是地球科学和环境科学相结合形成的一门边缘性学科。主要缘于20世纪中叶以来，由于世界各国工业、农业、军事、航天、交通等产业的飞速发展，给地球的自然环境带来了巨大的影响，这种影响有些是直接的（如污染问题）、有些是间接的（如气候变化），已经严重地影响到地球的自然生态和人类的生存与发展，因而受到全人类的广泛关注。环境地学主要研究地球自然环境的组成、结构、形成、演变以及环境的破坏、污染、防止、保护、改良与评价等。根据地球科学中各学科所研究的侧重点不同，又可分为环境地质学、环境地理学、环境气象学、环境水文学、环境海洋学、环境土壤学等。
地球系统科学（earth system science）主要是地球科学在20世纪后期以来逐渐兴起和发展的一门综合性边缘分支学科。地球系统科学把地球看成一个由相互作用的地核、地幔、地壳（或岩石圈）、土壤圈、水圈、大气圈和生物圈（包括人类社会）等所组成的统一系统；重点研究地球各组成部分（即子系统）之间的相互作用、宇宙环境对地球系统的作用与地球系统的动力学过程，地球系统不同时空尺度的演化与全球变化等；其目的是了解整个地球系统的过去、现在及未来的行为，服务于人类社会的可持续发展（图0-1）。
地球系统科学强调用系统论的观点来考虑问题，用系统的方法来描述问题、解析问题，最后作出科学的预测。一些学者进一步将地球系统科学的这种系统方法论诠释为整体观（各子系统的统一性与相关性）、全球观（全球尺度）、动态演化观、复杂性观、相互作用观（子系统之间的相互作用）、行星地球-宇宙观（宇宙环境的影响）、学科交叉与综合观等。虽然地球系统科学的某些领域的研究已取得了许多重要进展（如地球系统的动力学、全球变化科学、数字地球学等），但我们必须认识到其目前尚处于创立与发展过程中，有关地球系统科学研究的方法论、研究领域与研究内容、分支学科等都尚未形成完整的体系，仍处在探索与发展之中。