地壳是一个极其复杂的研究对象，不但具有复杂的物质成分，不同的化学性质、物理性质和各式各样的结构方式，而且在漫长的时间和广大的空间内，又都受到了一系列物理作用、化学作用甚至生物作用等综合的地质作用影响，不断地发生着错综复杂的物理和化学变化。
这些作用以及它们所呈现的各种地质现象之间，存在着互相制约、互相联系、互相转化的关系。它们的发生、发展和演化的规律，除具有普遍的特点之外，还常有一定的时间变异性和区域特殊性，因而不同地区具有不同的地质特征，蕴藏着不同种类、成分和规模的矿产。
地质学的另一特点是把空间与时间统一起来研究。现在能观察到的地球历史发展记录，主要保存在表层岩石内，按时间顺序层层堆积的地层中。由不同时代岩浆凝结而成的火成岩体，以及由早先形成的岩层岩体演变而成的变质建造，不同时期留下的构造变形遗迹等，是了解地球历史的基本材料。由于经过长期复杂的变动，这些史料已变得凌乱和有缺失，这是地质学研究的难点。
地壳中除了保存着各种地质变化的遗迹之外，还有记载着生物的演化和同位素的蜕变等其他科学方面的珍贵史料，它是地球的一系列复杂运动的结果，而这种运动现在还在进行着。对于地表以下较大深度的地质现象和地质作用，目前还只能通过地球物理等探测技术，来进行间接的推测和研究。
同物理、化学等基础科学比较，地质学研究具有较强的地域性、历史性和综合性。只有根据足够的实际资料，特别是根据足以充分说明空间和时间变化因素的丰富资料总结出来的地质学理论，才能有较广泛的适用性。
地质学的这些特点，决定了一般的地质研究必须通过一定比重的野外实际调查，配合相应的室内研究。野外调查和室内研究，构成一次观察、记录(包括制图)采样、初步综合、试验分析、总结提高以至复查验证的完整的地质研究过程。地质学研究在实质上都是对其研究对象的一次综合性调查研究过程。
随着生产和科学技术的发展，20世纪中叶以来地质学的研究中引入了大量的新技术、新方法，如不同的地球物理勘探方法、地球化学勘察方法、科学深钻技术、同位素地质方法、航空以及遥感地质方法、现代电子计算机技术、高温高压模拟试验等的采用。
物理、化学等基础科学新的成就的引用，地球物理、地球化学、数学地质、宇宙地质学等地质科学中边缘学科的进一步发展，推动了地质学的发展，同时使地质学的方法不断地革新。
地质学的分支分科
人类对地质的认识，首先是从被视为静止物体的矿物和岩石的研究开始的。通过保存在地层中的古生物化石的研究，提出了古生物学的理论与方法，并运用于划分地层，把历史的观念引入了地质学。
天文学的成果，特别是科学的天体演化假说的提出，使人类对地球的现状和历史演变的认识，提高到能够建立一个比较合乎逻辑的完整体系的程度。继天文学、生物学之后，物理学和化学的成果也为地质学的创立和发展提供了条件，使地质学发展成为自然科学的一大支柱。
早期的地质学以研究地壳表层某个地区的岩石为基础，矿物学、岩石学、地层学及古生物学、构造地质学、区域地质学都是在此基础上建立起来的。历史地质学则是概括这些地质实体的发展历史的综合性学科。
地质学与物理学、化学结合而产生的地球物理学、地球化学，是地球科学的重要支柱，也是推动地质学向现代科学水平发展的重要方面。
现代地质学把地球作为一次整体来研究，20世纪60年代出现的板块构造说，就是吸收了地震研究、海洋地质调查和古地碰研究等方面的最新科学成果，较好地解释了全球构造问题。
至20世纪80年代，地质学已发展成为包含有下列分支学科的理论体系。这些分支学科大体可分为两类：一类是探讨基本事实和原理的基础学科；一类是这些基础学科与生产或其他学科结合而形成的学科。
矿物学是研究矿物的化学成分、内部结构、形态、性质、成因、产状，共生组合、变化条件、用途以及它们之间的相互关系的学科。
岩石学是研究岩石的物质成分、结构、构造、形成条件、分布规律、成因、成矿关系以及岩石的演变历史和演变规律的学科。
矿床地质学是研究矿床的特征、成固、分布及其工业意义的学科。
地球化学是研究地球各圈层和各种地质体的化学组成、化学作用和化学演化，探讨化学元素及其同位素的分布、存在形式、共生组合、集中分散及迁移循环的规律的学科。
以地质作用及其留下的形迹为主要研究对象的学科包括下列各分支。
动力地质学是研究各种地质作用，包括引起这些作用的动力在地球各圈层活动的规律的学科。火山地质学、地震地质学、冰川地质学等均属这个学科中有特殊内容的分支。
构造地质学是研究地球岩石圈的构造变形，包括断裂、褶皱等各种构造形迹及不同类型构造单元的分布、形成、演化和发展，是从总体上研究地质体的构造在时间上及空间上的发展规律及成固和动力来源的学科。大地构造学也属于构造地质学范畴。
地貌学是研究地表形态特征及其发生、发展和分布的规律的学科。又称地形学，是地质学与自然地理学之间的边缘学科。
地球物理学是研究各种地球物理场和地球的物理性质、结构、形态及其中发生的各种物理过程的学科，是地质学与物理学之间的边缘科学。地球物理学在狭义上只研究地球的固体部分，又称固体地球物理学；广义的地球物理学还包括对水圈、大气圈的研究。
地质力学是运用力学原理研究地壳构造和地壳运动规律及其起因的学科。
以地质历史为主要研究对象的学科，包括下列分支：
古生物学是研究地球历史上的生物界及其进化过程的学科。主要是对保存在地层中的化石的研究。
地层学是研究成层岩石的时空分布规律，包括地层的层序和时代及其地理分布、地层的分类、对比以及它们之间的关系的学科。
历史地质学是研究地球的发展历史和规律，包括地球上生物的进化历史，古沉积相的分析和古地理面貌的复原，以及地壳地质构造和有关地质作用的演变等方面的研究，是一门综合性的学科。
古地理学是研究地球历史上的海陆分布及其他自然地理特征与发展过程的学科。
地质年代学是研究地质历史时期的顺序及其延续的年代数据，地质年代表是其研究的最终成果。
综合一个地区的地质调查成果，研究阐明该地区地质的总体特征，探讨各种地质作用的相互关系的学科称为区域地质学。