Lyell betraktes sammen med James Hutton som den moderne geologis fedre, i den forstand at de utviklet geologien til en egen vitenskapsgren. Hans viktigste arbeid var omfattende lagfølgestudier for å utrede forskjellige epoker, studier som han utførte i 1830-årene. Hans viktigste publikasjon kom i 1830: , med undertittelen Denne boka gav for første gang en forståelig ulegning av bergartssyklus, og ble brukt som lærebok i geologi i mange tiår etterpå.