1901年，奥地利的休斯出版巨著《地球的面貌》，总结了迅速发展的近代地质学，书中出现了构造体系，大陆漂移等概念的雏形，预示着现代地质学的崛起。书中首次提出“生物圈”这一重要术语。
1902年，英国的泰塞伦斯发现大气圈之平流层。英国的亥维塞和美国的肯内利从无线电绕地球弯曲通讯，提出大气圈有电离层存在。
1903年，美国莱特兄弟驾驶自制的内燃机动力飞机试飞成功，迈出了人类航空史上重要的一步。
1909年，奥地利地震学者莫霍洛维契奇根据地震资料首先发现了“莫霍界面”，使人们对地球内部构造有了一定认识。
1912年，德国气象学家和地质学家魏格纳首次向世人公布了大陆漂移学说，引起巨大轰动。
1914年，德国的古登堡发现“古登堡界面”，使人们对地球的内部构造有了进一步的认识。
1921年，挪威人V·皮叶克尼斯提出著名的大气环流图案，对世界气象学事业做出了巨大贡献。
1924年，35岁的美国天文学家哈勃利用威尔逊山天文台台长海尔建造的当时世界上最大的2.5米口径望远镜，发现并证明了远在银河系外的恒星系统，即河外星系，它是20世纪天文学最重大的成就之一。
1928年，英国地质学家、地球物理学家霍姆斯提出地慢对流说，成为20世纪最具影响力的地球物理理论之一。
1935年，美国地震学家里克特里克特研究加利福尼亚地方性地震时，首次提出震级的标度。
1942年，美国的林德曼发表“食物链”和“金字塔营养级”研究报告，创立了生态系统物质循环和能量流动的“十分之一法则”。
1946年，美国人沙佛发明了人工降雨。
1947年，美国科学家利比进行实验证实放射性碳可以测定地球上的物质生成的年代。
1951年，德国的比尔曼通过对彗尾的运动和电离性质的分析，发现太阳经常射出氢等离子体，即所谓“太阳风”。
1954年，苏联建成并正式启用世界上第一座核电站。
1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造卫星。
1961年，美国著名的海洋地质学家赫斯与美国学者曲茨共同提出海底扩张的理论，为大陆漂移说做出了新的解释。