רעיונותיו של הולמס מ-1928 תואמים להפליא לתפיסה המודרנית של טקטוניקת הלוחות, אם כי בשלב זה עדיין לא הייתה מקובלת על מדענים בתחום מדעי כדור הארץ של אותה עת. עם זאת, תפיסה זו החלה להתפתח עוד במהלך המאה ה-17, כאשר התברר כי הרי געש ורעידות אדמה התהוו ברצועות ליניאריות על פני כדור הארץ. המפה הראשונה שהציגה את השתרעותם העולמית של הרי געש צוירה ב-1665 על ידי מדען רב-תחומי גרמני אתנסיוס קירכר (Athanasius Kircher, 1602–1680), שעסק בין היתר במחקר הרי געש ומאובנים. ב-1665 פרסם קירכר את "Mundus Subterraneus" (העולם התת-קרקעי) – ספר רחב-יריעה בן 800 עמודים עשיר בתחריטים – שנבע ממחקרי שדה שערך החל בשנת 1637 בהרי הגעש של איטליה: אטנה, סטרומבולי ווזוב. רעיונות בדבר הקשר בין פעילות געשית לבין מבנים יבשתיים הועלו גם על ידי אלכסנדר פון הומבולדט בשנת 1822, שהצביע על כך כי הסידור הליניארי של הרי געש על פני כדור הארץ היווה הוכחה לכך שהמנגנון המייצר געשיות מצוי בעומק רב. רוברט מאלט (Robert Mallet, 1810-1881) – מהנדס וגאופיזיקאי אירי שערך מחקר מקיף על רעידות אדמה – יצר ב-1858 את המפה הסייסמית העולמית הראשונה ששילבה את השתרעותם של הרי געש ורעידות אדמה כאחד ל"לולאה או רצועה רחבה מסביב לאוקיינוס השקט" והצביעה על הקשר ביניהם על פי תפוצתם הגאוגרפית. מאלט גם הצביע על כך שמרבית פני השטח – בעיקר האזורים הפנימיים בתוך היבשות – לכאורה חפים מרעידות אדמה ופעילות געשית. הוא חילק את כדור הארץ לסדרה של אגנים המופרדים בחגורות של רכסי הרים, המצויים גם בקרקעית האוקיינוסים: "לאורך חגורות רכסים אלה, בין שהן רכסי הרים או לא יותר מתפיחוֹת מתמשכות של המוצק, אשר מפרידות את האגנים מתחת לאוקיינוסים אחד מן השני, שם נמצאים כל הרי הגעש הידועים על פני השטח של כדור הארץ". מאלט ראה ב"רכסים געשיים ליניאריים תת-אוקייניים" "קווי שבר נרחבים של קרום כדור הארץ", ובכך היה כנראה הראשון להכיר את יסודותיה של טקטוניקת הלוחות.
הכרה זו עלתה בקנה אחד עם הבנת התנועתיות בכדור הארץ לקראת סוף המאה ה-19, הבנה שהתבססה על הסקת מסקנות גאופיזית ועל עדויות גאולוגיות. אוסמונד פישר טען ב-1881 כי התקררות הארץ לא יכולה הייתה להתרחש רק באמצעות הולכת חום – כפי שטען לורד קלווין – אלא באמצעות זרמי ערבול בתוך שכבה פלסטית נמוכה. בעיני פישר, זרמי ערבול אלה הובילו לתנועה צדדית של שכבות הקרום ולמבנים המאפיינים אותו, כולל סידור ליניארי של הרי געש, רעידות אדמה ורכסי הרים. רעיון "הארץ הנעה" גובשו בשנת 1912 לתאוריית נדידת היבשות על ידי אלפרד וגנר, ואחד מן המצדדים בה היה ארתור הולמס, שהוסיף לה, כאמור, בשנת 1928 את זרימת החום. במנגנון של הולמס קיימת זרימה או תפיחה של המעטפת, שסיפקה תהליך באמצעותו יכולה להתרחש הפחתת לחץ שהובילה להתכה ולגעשיות. נדידת היבשות הייתה תוצאה בלתי נמנעת של המחזוריות שהציע, אולם היקף התהליך היה רחב יותר וכלל תנועה צדדית של הקרום. ב-1931 גיבש הולמס תאוריה שלמה לנדידת היבשות, התפשטות קרקעית הים והפחתה, המבוססת על מנגנון זה, בה הבדיל בין הקרום הגרניטי היבשתי לבין הקרום הימי הבזלתי. הוא הגיע למסקנה כי המעטפת מתחת לקרום האוקייני מורכבת מפרידוטיט, וטען כי על אף היותה מורכבת מגבישים ונוקשה למדי, עדיין היו לה תכונות של נוזל בקנה מידה רחב. הולמס הציע כי לתאי מערבל (convection cells) מידות כשל המעטפת בעומק של כ-2,900 ק"מ, וכי יוצאות מהם שלוחות כלפי מעלה היוצרות את ה"תפיחות" – הרכסים המרכז אוקייניים. לזרימה העולה מתווספים הפחתת לחץ והתכה של פרידוטיט, שתוצריה מאגמה בזלתית וגעשיות. הזרמים החוזרים נובעים משקיעתו של קרום בעל צפיפות גבוהה. התהליך שתיאר דומה להנחה המודרנית של הפחתה: התכנסות הלוחות מובילה לחדירה של לוח אחד מתחת ללוח אחר ואל תוך המעטפת. הולמס העריך כי מהירות זרמי הערבול הוא כ-5 ס"מ בשנה, וכפי שהתגלה בשנות ה-60 של המאה ה-20 – תואם להפליא למהירות התפשטות קרקעית הים. התאוריה של הולמס התקבלה בהרחבה בבריטניה אולם נדחתה במקומות אחרים. גם כאשר התקבל רעיון התפשטות קרקעית הים בשנות ה-60 של המאה ה-20 – ברוב המקרים התעלמו לחלוטין מתרומתו.
גילוי הלוחות הטקטוניים סיפק את המנגנון של הפחתת הלחץ במעטפת – התהליך החשוב ביותר המאפשר התכה ויצירת מאגמה ברכסים המרכז אוקייניים והאחראי לפעילות הגעשית על פני כדור הארץ.
הולדת הפטרולוגיה.
אחת מן התרומות החשובות של המחקר הוולקנולוגי היא התפתחות הפטרולוגיה – חקר הסלעים. בין מפתחיה הראשונים היה לאופולד פון בוך, כאשר בשנת 1799 חקר סלעים געשיים באזור רומא. פון בוך הסיק כי גבישי לוסיט נוצרו בלבה בעודה נוזלית, וביטל כל היפותזה לפיה נוצרו בתמיסה מימית ורק מאוחר יותר השתלבו בתוך המאגמה. מאחר שהגבישים בסלעים געשיים כגון בזלת נוצרים בפרק זמן קצר, לרוב קשה לראותם בעין או אף באמצעות זכוכית מגדלת. מחקר הגבישים בסלעים אלה נאלץ להמתין לשנת 1815, עת נערכה בחינה ראשונה שלהם באמצעות מיקרוסקופ על ידי הגאולוג הצרפתי לואי קורדייה (Pierre Louis Cordier, 1777-1861). קורדייה כתש סלעים געשיים לאבקה דקה, הפריד ביניהם באמצעות ציפה (Flotation process) ובחן אותם מבעד למיקרוסקופ ובאמצעים כימיים. הוא הסיק כי בזלות עתיקות דומות מאוד לבזלות צעירות במרקמן, בהרכבן המינרלוגי ובתכונות נוספות, והיה בכך צעד חשוב לגישור על פני המחלוקת בין הנפטוניסטים לפלוטוניסטים בכל הנוגע למוצאן של הבזלות.
המלאכה העדינה של הכנת שקפים – פרוסות סלע דקיקות – שימשה בעיקר לבדיקת בעלי חיים או עצים מאובנים אך יושמה בהמשך גם על סלעים. ב-1829 הומצא המיקרוסקופ המקטב על ידי הגאולוג הסקוטי ויליאם ניקול (William Nicol, 1770-1851), ואז ניתן היה להתבונן בשקפי הסלעים באמצעות מיקרוסקופ מקטב ולבחון את מרקמם ואת הרכבם הגבישי. הגאולוג האנגלי הנרי סורבי (Henry Clifton Sorby, 1826-1908) היה הראשון להכין שקפים מסלעי יסוד פלוטוניים וגעשיים כאחד.
צעד חשוב נוסף בבחינת סלעים געשיים היה פיתוח הכימיה האנליטית, שבאמצעותה ניתן היה לראשונה לבחון את הרכבם הכימי של הסלעים. בשנת 1792 פרסם המדען האיטלקי לאזארו ספלנצאני (Lazzaro Spallanzani; 1729-1799) את עבודתו הגדולה "Viaggi alle due Sicilie ed in alcune parti dell'Appennino" (שני סיורים לסיציליה ולכמה חלקים באפנינים), ובה תוצאות ניתוחם הכימי של סלעים געשיים שאסף ברחבי איטליה 4 שנים קודם לכן. בשישה כרכים נרחבים הציע ספלנצאני תרומה נרחבת להתפתחות הגעשיות, ובה גם פירוש לתהליך ההיווצרות של פומיס. שנתיים לאחר מכן דיווח על הרכב תחמוצות: סיליקה, אלומינה, סיד, מגנסיה ותחמוצת ברזל, במונחים של אחוזים מתוך המשקל הכולל של הסלעים.
כאשר החלו ראשוני הגאולוגים לצבור ידע על סלעים געשיים, הם גילו כי הרכבם הכימי – אף של אלה שנוצרו באותו הר געש – היה מגוון ביותר. בניסיון להסביר שונוּת זו הציע ג'ורג' סקרופ בשנת 1825 כי כל סוגי סלעי היסוד נוצרו ממאגמת-אם אחת, שיצרה מגוון סלעים בהרכבים שונים. היה זה צ'ארלס דרווין שגילה את שקיעת הגבישים במהלך מסעו לאיי גלאפגוס והניח את היסוד להבנת הגיבוש המפריט במאגמה הנוזלית – תהליך בו המינרלים שהתגבשו ראשונים שוקעים לקרקעית המאגר, נפרדים מיתרת המאגמה המותכת ומשנים את הרכבה – תהליך שמציגה שורת בואן אותה פיתח הגאולוג הקנדי נורמן לוי בואן בתחילת המאה ה-20. דרווין הבחין כי גבישי פצלת השדה היו נפוצים יותר בבסיס זרם הלבה מאשר בראשו, והסיק כי "הגבישים שוקעים בשל משקלם". קדם לו לאופולד פון בוך כאשר הבחין בשנת 1818 בריכוז דומה של גבישים בתחתית זרם של לבה אובסידיאנית באי טנריפה, אותו פירש כשקיעה של הגבישים בתוך הלבה בשלבי זרימה שונים. דרווין התייחס לתצפיות אלה כ"משליכות אור על היפרדות סדרות של לבה טרכיטית ובזלתית", והבין כי כאשר נוצרים הגבישים הראשונים ושוקעים, ההרכב הכימי של שארית המאגמה יהיה שונה מזה של המאגמה המקורית.
תרומה חשובה להבנת המגוון הכימי של סלעים געשיים הושגה על ידי רוברט בונזן בעקבות ביקור באיסלנד לאחר התפרצות הר הקלה (Hekla) בשנת 1845, שם חקר את תוצריה של הפעילות הגעשית המקומית: גזי פליטה וגייזרים. בונזן גילה במקום שני סוגי מאגמה בעלי הבדל ניכר בהרכבם הכימי והבחין בתפוצתם של שני סוגי סלעים געשיים: הראשון – ריוליט צהוב או מגוון עתיר סיליקה, והשני – בזלת כהה. סלעים נוספים שמצא היו בהרכב בינוני, ולכן העלה ב-1851 השערה כי הם נוצרו כתוצאה מערבוב של מאגמה סיליקטית ומאגמה בזלתית. השערתו זו של בונזן היוותה תרומה חשובה להסבר המגוון הכימי של סלעים געשיים.
בונזן ביקש להסב את תשומת הלב להנחה המוטעית שרווחה זמן רב, כי מקור פלוטוני לסלעי יסוד כגרניט נשלל מעצם העובדה כי קוורץ שאינו ניתך היה המינרל האחרון להתגבש. הוא טען כי היה אובד עצות בניסיון להבין כיצד מסקנה מוטעית שרדה זמן רב כל-כך. על אף מאמצים קודמים להסביר את מרקם הגרניט, היה בונזן הראשון לציין במפורש כי מאגמה גרניטית הייתה התמיסה המקורית ממנה נוצר הסלע. ב"על היווצרות גרניט" (Uber die Bildung der Granites) – מאמר בן 3 עמודים שפרסם בונזן ב-1861 – הדגיש כי מאגמה היא לא יותר מתמיסה בטמפרטורה גבוהה של סיליקטים שונים: