1522年，麦哲伦环球航行的船队回到西班牙以后，人们才确信大地原来真是球形的，似乎第一次发现了地球。人们开始认真思考地球是怎样形成的。1695年，英国的一位教授伍德沃德（1665——1728）利用《圣经》中诺亚方舟的传说，解释了地球表面沉积岩形成的原因——水成论；1740年，意大利威尼斯修道院的莫罗（1687——1764）提出了地壳是由火山喷发形成的——火成论。在地壳形成的形式上，又有灾变论和渐变论的争论，一百多年以后，英国著名的地质学家赖尔（1797——1875）已经认识到地壳的运动变化是由两种基本营力的作用：地震、火上等作用是内营力，风、雪、雨、和温度变化是外营力。开头，赖尔是一个渐变论者，后来进一步的地质考察，使他认识到，地球上确实发生过造山运动，使地壳发生剧烈的变化。
到20世纪，人们对地球才有了一系列突破性的认识。
要研究地球的成因，必须能够测定岩石的年龄。1902年，原子核物理学家卢塞福提出了不稳定元素的衰变原理，为同位素测定地质年代奠定了理论基础。1807年美国耶鲁大学的波特伍德（1870——1927）取得了第一个矿物的放射性铅的年龄数据。现在，科学家已经测得地球的年龄大约是46亿年。根据岩层中放射性同位素蜕变产物的含量，测定出地层形成和地质事件发生的年代。据此可以我国科学家编制出了地质年代表。从古至今依次为：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代五个地质年代。其中，古生代又分为：寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪。中生代又分为：三叠纪、侏罗纪、白垩纪。新生代又分为：古近纪、新近纪、第四纪。并且基本弄清了不同地质年代所发生的重大事件。
1909年，奥地利地震学家莫霍洛维奇发现，在地面33公里以下地震的横波和纵波的传播速度开始明显增大，而且，33公里以上部分和35公里以下部分，密度并不连续，于是人们把这一个不连续的面称为“莫霍面”。1914年，德国地震学家古登堡确定了，在地面2900公里以下，横波突然消失，纵波传播速度突然下降，说明遇到了液态物质，人们把这个不连续面称为“古登堡面”。人们把地球分成三个圈层：古登堡面以下为地核，古登堡面到莫霍面之间是地幔，莫霍面以上是地壳。
后来在海洋地壳的调查中发现，海洋地壳主要是玄武岩组成，也称为硅镁层，硅、镁、铁的含量较多。它是一个连续层面。大陆地壳主要是由重量较轻的花岗岩组成，含硅和铝的成分较多，这是一个不连续的层面。大陆地面平均厚度约33公里，而海洋地壳的厚度平均只有6公里。
更进一步的研究表明，地核可以分为内地核和外地核两层，内地核主要是固体的铁镍，外地核接近液体；地幔是温度、密度、压力都比较大的可塑性的固体，地幔的顶部有一层软流层，这是一层熔融的岩浆。1936年，澳大利亚数学家根据地震资料，算出了地球深处各层的密度。他的计算理论在1960年的智利大地震中得到了充分的证实。
地球每年向外放出的热能相当300多亿吨煤燃烧放出的热量，人们原先猜想，地球正在逐渐冷却下来，1896年贝克勒发现铀盐具有发射性以来，到20世纪初，人们才明白，地球内部这些放射性元素在自行衰变的过程中能释放出大量的热能来，所以地球不会冷却下来。
20世纪以前的人们只注意地壳的升降运动变化，没有想到大地在水平方向上也有变化。1906——1908年，一支科学考察队仔细测量了经纬度以后发现，格陵兰岛的东北海岸与欧洲之间的距离在1823——1870年的37年中加大了420米；在1870——1907年的37年中加大了1190米。前37年平均每年增大了11米之多，后37年平均每年增大了32米之多。考察队宣布：格陵兰岛正在远离欧洲大陆向西移动！1926和1933年两次大规模的精密大地测量再次表明，欧洲与美洲之间的距离在1926——1933这7年中增大了4.55米，平均每年增大65厘米。
德国地质学家魏格纳（1880——1930）发现，如果把美洲大陆的东海岸与非洲大陆的西海岸拼起来，它们的边缘很吻合。其他几块大陆的边缘形状也可以像七巧板一样拼凑起来。
1912年魏格纳提出一种看法，他认为，现在的所有大陆都是由一块花岗岩“联合古陆”破裂漂移而成的，就像格陵兰岛正在远离欧洲大陆一样，各大陆现在仍在漂移着。虽然已经有许多证据证明大陆漂移说的正确，但是它还是被学术界打入了冷宫。
从1922——1953年不断的海底声纳探测发现，大洋底部有一段段彼此错开的连续不断“全球性的大裂谷”。它就是大洋的中脊，它的年龄不超过70万年，中脊两侧的年龄具有对称性，离中脊越远，年龄越大，但是最大也不超过2亿年。
1961年，美国科学家赫斯和狄兹根据一系列的海洋考察资料分别提出了海底扩张的学说，他们认为，大洋中脊是海洋地壳的诞生处，地幔物质不断地从海岭中间的大裂缝处涌出，堆积成大洋的中脊，并且不断向远处扩张，经计算，扩张速度每年可达16厘米。只须经过1亿年，整个大洋的海底便可更换一遍。洋底的地壳主要是硅镁成分，它要比大陆主要以硅铝成分的地壳重，所以，扩张的大洋地壳遇到大陆地壳的时候，就俯冲到大陆地壳之下的地幔中，被逐渐重新融化。
1968年，法国地质学家勒皮顺和英国剑桥大学的麦肯齐，综合了各方面的研究成果，共同提出了板块构造学说。他们认为，全球地壳可以分成：太平洋、欧亚、澳大利亚、非洲、美洲、南极洲六大板块。它是根据海岭、海沟、裂谷等构造带来划分的。只有太平洋板块全是海洋地壳，其他板块都兼有大陆和海洋两种不同的板块。一般地说，板块内部地壳比较稳定，板块与板块的交界处的地壳活动比较剧烈，常有火山和地震等活动。相对运动板块发生张裂和碰撞形成地表的基本面貌。
由大陆漂移说、海底扩张说到板块构造理论的产生，把过去那种地壳只有升降运动的经典认识，变成了地壳以相对水平运动为主的学说，这是一个重大的变革，人们把这一变革称为“地球科学的革命”。
现在的地球科学是以地球系统的变化过程及其相互作用为研究对象的基础学科。它的研究对象包括大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间，涉及的学科有：地理学、地质学、地球物理学 、地球化学、大气科学、海洋科学和空间物理学以及新的交叉学科。地球科学是一个大题目，纵横几万里，上下数亿年，几乎辐射到自然科学的其他各个领域。对地球的认识同世界各民族的起源、历史、文化乃至这个世界文明的进展，都是紧密联系在一起的。