(2)儀器觀察？儀器觀測是地球科學獲取研究對象定性和定量數據的重要手段。通過儀器觀測，可以了解研究對象的各種理化性質和參數的靜態特征和動態變化，為科學分析和推理提供依據。儀器觀測為地球科學步入科學軌道提供了條件，如16 ~ 17世紀溫度、壓力、濕度等氣象儀器的發明創造，使氣象學逐漸發展成為壹門完善的學科。現代高精度常規和高空氣象儀器觀測仍然是氣象學的重要研究基礎。同樣，儀器觀測在水文學和海洋學研究中也占有特別重要的地位。儀器觀測在現代地球物理和地質學研究中，在土壤學研究中，特別是在環境地學的各種監測和評價中，起著極其重要的作用。實地的儀器觀察也屬於第壹手資料。除了科學家根據不同的研究目的進行各種觀測外，人們還經常設立各種定點觀測站，如氣象站、水文站、地震站、環境監測站等。，並通過大量臺站建立觀測網絡，以便獲得系統的觀測數據。
(3)大地測量？這是地球科學中壹種古老而又迅速發展的重要研究方法，對地球科學的發展起到了重要的推動作用。早在古埃及和中國古代，人們就借助步測等簡易測量工具進行土地規劃、地形地理測繪、水利工程建設。到了近代，隨著測量儀器的進步，逐漸發展為傳統的大地水準測量和大地三角測量。本世紀中葉發展起來的海洋探測技術(聲納)對海洋學的發展和地質學的革命起了決定性的作用。近年來發展起來的激光測距和衛星定位系統給地球科學帶來了深遠的影響。大地測量方法對於地理學、地質學、海洋學、水文學和土壤學的研究非常重要。
(4)航空、航天、遙感技術？現代航空、航天和遙感技術極大地推動了地球科學的發展，成為現代地球科學中不可或缺的重要研究手段。由於地球空間廣闊，需要充分利用航空、航天、遙感技術，如衛星雲圖、衛星遙感影像、航拍照片等，在短時間內獲取大區域的信息，特別是大區域的動態變化。航空、航天和遙感技術對現代氣象學的發展和進步起了決定性作用，成為其重要支柱。它們也是現代海洋學和地理學的主要研究方法，在現代地質學、土壤學、水文學和環境地學中也起著重要的作用。
(5)實驗室分析、測試和科學實驗？這是地球科學各學科普遍采用的壹種研究方法。它主要是從研究對象中獲取各種樣品或標本，然後在實驗室進行分析測試，從而獲得物質的成分、結構、理化性質和形成歷史等定性和定量信息，通過科學實驗分析推斷其形成、演化過程和發展趨勢。隨著科學的發展，地球科學中的實驗科學取得了長足的進步。然而，由於自然過程影響因素復雜、時間長、空間廣，以及現代實驗技術的限制，在地球科學中有時很難開展與自然相符的真實實驗。因此，在地球科學中，我們往往簡化影響因素，創造壹些特定的物理化學環境，模擬自然現象的成因、過程和發展規律。這種方法叫做模擬實驗。模擬實驗只能是近似的，實驗結果往往與自然過程有壹定差距，但對再現自然現象的過程，驗證和探索地球科學規律有重要作用。
(6)歷史比較法？這是地質學最基本的方法論。漫長的時間決定了地質學必須用歷史的和辯證的方法來研究。雖然人類不可能目睹地質事件的全過程，但我們可以利用各種地質事件遺留下來的地質現象和結果以及現今地質作用的規律來推斷古代地質事件的條件、過程和特征。這就是所謂“歷史比較法”的原理(或稱“由今論古”、“現實主義原理”)。這個原理是英國地質學家C·萊爾(1791-1875)在郝屯(J·赫頓，1726-1797，英國學者)變易理論的基礎上提出的。萊爾明確指出:“現在是理解過去的關鍵”。例如，現代珊瑚只生活在溫暖、平靜和清潔的淺海環境中。如果在古代形成的巖石中發現了珊瑚化石，可以推斷這些巖石也是在古代溫暖清潔的淺海環境中形成的。再比如現在的火山爆發可以形成壹種特殊的巖石——火山巖。如果在壹個地區發現了古火山巖，就可以推斷當時這個地區發生過火山噴發，等等。歷史比較法是研究地球發展史的壹種分析推理方法，它的提出對現代地質學的發展起到了重要的推動作用。這壹原則的理論基礎是“變分法”。變分法認為，在漫長的地質歷史中，地球的演化總是以漸進的方式進行的，其方式和結果無論過去還是現在都是壹致的。然而，現代地質學的研究證明，變異理論的觀點是片面的、機械的。地球的進化是不可逆的，現在不是過去的簡單重復，而是既相似又進步。例如，地質學中的許多研究揭示，地球演化過程中，地表大氣圈、水圈和生物圈的組成、數量、溫度和壓力，以及地球或地殼的內部結構和構造都在不斷變化，不同程度地不同於現代情況，這必然導致當時地質作用方式和過程的壹系列不同特點。地球的演化並不總是采取漸變和勻速變化的形式，而是在勻速變化的過程中存在壹些短暫而劇烈的變化。例如，在巖層中經常發現物質成分和結構的突然變化；在古生物學的進化過程中，經常會發現大量生物物種在短時間內突然滅絕，比如7000萬年前左右恐龍的快速滅絕。因此，整個地球的發展過程應該是壹個漸變—激變—漸變的遞進往復發展過程，這也符合量變—質變—量變的哲學規律。因此，在運用歷史比較法時，壹定要以歷史的、辯證的、發展的思想為指導，而不能簡單機械地“從現在論過去”，這樣才能得出正確的結論。事實上，地質學中“由今論古”的分析方法對地球物理學、地理學、氣象學、水文學、海洋學、土壤學、環境地學等地球科學學科都有壹定的借鑒意義。
(7)綜合分析？自然過程的復雜性和不可逆性決定了地球科學必須采用綜合分析的研究方法。在地球演化的漫長過程中，不同時期、不同方式(物理、化學、生物等)的自然效應。)和不同的環境(地表、地下、空氣等。)留給我們壹個復雜的結果模式。為了按照這種模式還原和分析自然界的發展過程，需要運用多學科的原理和方法，結合復雜的影響因素進行綜合分析。這和單純的演繹和實驗來學習數理化是很不壹樣的。比如在地質學中，由於過程和影響因素非常復雜，根據某些個體特征，運用單壹學科的原理和方法，往往會得出片面甚至錯誤的結論，這就是地質學研究中經常遇到的“多解”或“不確定性”問題。所以，只有在綜合各方面研究的基礎上，才能得出壹個統壹的、最實際的結論。
(8)電子計算機技術的應用？有人說，從20世紀下半葉開始，人類社會進入了電子計算機時代，電子計算機技術的應用給各種自然科學帶來了深刻的影響和革命性的變化。地球科學也是如此。例如，在現代氣象學、地理學、地質學、地球物理學、海洋學、環境地球科學等領域，計算機技術發揮了巨大作用，成為不可或缺的研究手段和方法。而且，計算機技術正在滲透到地球科學的各個領域。計算機技術的應用為解決地球科學研究對象空間廣闊、觀測和處理數據量大、模擬形成和演化過程復雜等問題帶來了無限前景。因此，為了提高地球科學的研究水平，我們必須充分重視、加強和進壹步發展電子計算機技術在地球科學中的應用。
地球科學研究的工作方法通常有以下程序:
(1)數據收集？根據要研究的課題和要解決的問題，盡可能詳細、客觀、系統地收集各種相關數據、樣本等資料。數據來源包括詳細的現場調查、儀器觀察和收集、現有數據和結果的分析等。
(2)歸納、綜合、推理？運用地球科學的研究方法和原理，對收集到的數據進行加工、歸納和綜合，做出符合客觀實際的推斷。
(3)推論的驗證？通過生產實踐或科學實驗驗證或檢驗推論是否正確，並在實踐過程中不斷修正錯誤，提高認識，總結規律。
地球科學是壹門實用科學。通過不斷的科學實踐，人們逐漸形成了許多假說和理論。假設是基於壹些客觀現象得出的結論，需要進壹步驗證；理論是經過實踐檢驗並在某壹學術領域形成的理論或命題。假說和理論對地球科學的發展起著重要的推動作用。它們為探索地球科學的客觀規律指明了方向，在實踐中起到了壹定的指導作用。同時在實踐中不斷檢驗、補充、修正，使之越來越完善。當然，壹些假設和理論也可能在實踐中被揚棄或否定。