研究全球范圍內(nèi)生物機體與其周圍環(huán)境相互影響的過程，亦即生物圈與巖石圈、水圈和大氣圈之間相互作用過程的學(xué)科。

由于人類活動在近百年來對生物圈的影響迅速增加，出現(xiàn)一些影響全球甚至威脅人類生存的跡象，諸如溫室效應(yīng)和全球氣候變暖、臭氧層被破壞、酸雨等，因而對地球這個生命維持系統(tǒng)的基本過程和性質(zhì)的了解，已成為未來幾十年的重大科學(xué)問題。地球女神或蓋阿假說認為，地球表面的大氣組成、地表溫度、酸堿度和海水的化學(xué)組成是受地球上生命總體所主動調(diào)節(jié)的，即當(dāng)它們受自然條件干擾（如太陽輻射量增加、地震、火山爆發(fā)、大陸漂移等）和人類活動破壞（如工業(yè)污染、森林濫伐等）時，生命總體就會通過其生長和代謝對這些變化作出反應(yīng)和調(diào)整。達爾文進化論認為生物進化是對基本上變化不大的環(huán)境的適應(yīng)過程，所以地球女神假說與進化論思想有著明顯的不同。全球變化研究涉及諸多學(xué)科，規(guī)模巨大，需用現(xiàn)代遙感技術(shù)和高級計算機系統(tǒng)才能在全球范圍進行。

1986年在國際科聯(lián)組織下開展的“國際地圈-生物圈計劃( IGBP)”的全球變化研究，不僅涉及大氣圈、水圈(包括海洋)、生物圈和巖圈，還涉及工業(yè)與能源管理，森林砍伐和種植等社會經(jīng)濟問題，目的是了解全球性的變化過程和造成這種變化的原因，以及對人類未來的影響。