dalam melaksanakan kajiannya, ilmuwan dalam bidang ini menggunakan metode ilmiah, yaitu formulasi hipotesa melalui pengamatan dan pengumpulan data mengenai fenomena alam yang dilanjutkan dengan pengujian hipotesis-hipotesis tersebut.
dalam ilmu bumi, peranan data sangat penting dalam menguji dan membentuk suatu hipotesis.
geologi memahami lapisan batuan dari kulit bumi (atau litosfer) dan perkembangan sejarahnya.
cabang utama dari ilmu ini adalah mineralogi, petrologi, geokimia, paleontologi, stratigrafi dan sedimentologi.
geofisika mempelajari sifat-sifat fisis bumi, seperti bentuk bumi, reaksi terhadap gaya, serta medan potensial bumi (medan magnet dan gravitasi).
geofisika juga menyelidiki interior bumi seperti inti, mantel bumi, dan kulit bumi serta kandungan-kandungan alaminya.
geodesi ilmu tentang pengukuran dan pemetaan permukaan bumi dan dasar laut.
ilmu tanah mempelajari lapisan terluar kulit bumi yang terlibat dalam proses pembentukan tanah (atau pedosfer).
disiplin ilmu utama antara lain adalah edafologi dan pedologi.
glasiologi mempelajari bagian es dari bumi (atau kriosfer).
ilmu atmosfer mempelajari bagian gas dari bumi (atau atmosfer) antara permukaan bumi sampai lapisan eksofer (~1000 km).
cabang utama bidang ini adalah meteorologi, klimatologi, dan aeronomi.
klimatologi (yunani: , klima, "wilayah, zona"; dan-,-logia) adalah studi iklim, ilmiah didefinisikan sebagai kondisi cuaca rata-rata selama periode waktu tertentu, dan merupakan cabang dari ilmu atmosfer .
pengetahuan dasar iklim dapat digunakan dalam peramalan cuaca jangka pendek dengan menggunakan teknik analog seperti el nio - southern oscillation (enso), yang madden-julian oscillation (mjo), osilasi atlantik utara (nao), annualar utara mode (nam ), osilasi arktik (ao), pasifik utara (np) index, decadal pasifik oscillation (pdo), dan pasifik interdecadal osilasi (ipo).
model iklim digunakan untuk berbagai tujuan dari studi mengenai dinamika iklim cuaca dan sistem untuk proyeksi iklim pada masa mendatang.
kimia atmosfer adalah cabang ilmu atmosfer yang mempelajari kimia atmosfer bumi dan planet-planet lain.
bidang multidisiplin ini melibatkan kimia lingkungan, fisika, meteorologi, pemodelan komputer, oseanografi, geologi, vulkanologi, dan disiplin-disiplin lainnya.
riset-riset yang dilakukannya semakin berhubungan dengan bidang ilmu lain seperti klimatologi.
meteorologi yaitu ilmu yang mempelajari atmosfer bumi khususnya untuk keperluan prakiraan cuaca.
kata ini berasal dari bahasa yunani meteoros atau ruang atas (atmosfer), dan logos atau ilmu pengetahuan yang mempelajari dan membahas gejala perubahan cuaca yang berlangsung di atmosfer.
paleoklimatologi merupakan ilmu mengenai perubahan iklim yang terjadi dalam seluruh rentang sejarah bumi
biosintesigeografi adalah cabang dari biologi yang mempelajari tentang keaneka ragaman hayati berdasarkan ruang dan waktu.
cabang keilmuan ini bertujuan untuk mengungkapkan mengenai kehidupan suatu organisme dan apa yang mempengaruhinya.
paleontologi adalah ilmu yang mempelajari tentang sejarah kehidupan di bumi termasuk hewan dan tumbuhan zaman lampau yang telah menjadi fosil.
palinologi merupakan ilmu yang mempelajari polinomorf yang ada saat ini dan fosilnya, diantaranya serbuk sari, sepura, dinoflagelata, kista, acritarchs, chitinozoa, dan scolecodont, bersama dengan partikel material organik dan kerogen yang terdapat pada sedimen dan batuan sedimen.
mikropaleontologi merupakan cabang paleontologi yang mempelajari mikrofosil.
geomikrobiologi adalah ilmu yang menggabungkan geologi dan mikrobiologi, dan mempelajari interaksi organisme mikroskopis dengan lingkungan anorganik, seperti pada batuan sedimen.
bidang ini menjadi penting ketika berhubungan dengan mikroorganisme dalam akuifer dan suplai air minum umum.
hidrologi (berasal dari bahasa yunani: yoo, y+oos, hydrologia, "ilmu air") adalah cabang ilmu teknik sipil yang mempelajari pergerakan, distribusi, dan kualitas air di seluruh bumi, termasuk siklus hidrologi dan sumber daya air.
orang yang ahli dalam bidang hidrologi disebut hidrolog, bekerja dalam bidang ilmu bumi dan ilmu lingkungan, serta teknik sipil dan teknik lingkungan.
glasiologi (dari bahasa perancis glace yang berarti es dan bahasa yunani o (logos) yang berarti ilmu) adalah ilmu yang mempelajari tentang sifat-sifat fisika dan kimia dari es dan salju (gletser), pembentukan formasi, pergerakan dan juga evolusinya
limnologi (dari bahasa inggris: limnology, dari bahasa yunani: lymne, "danau", dan logos, "pengetahuan") merupakan padanan bagi biologi perairan darat, terutama perairan tawar.
lingkup kajiannya kadang-kadang mencakup juga perairan payau (estuaria).
limnologi merupakan kajian menyeluruh mengenai kehidupan di perairan darat, sehingga digolongkan sebagai bagian dari ekologi.
hidrogeologi (hidro- berarti air, dan -geologi berarti ilmu mengenai batuan) merupakan bagian dari hidrologi yang mempelajari penyebaran dan pergerakan air tanah dalam tanah dan batuan di kerak bumi (umumnya dalam akuifer).
istilah geohidrologi sering digunakan secara bertukaran.
beberapa kalangan membuat sedikit perbedaan antara seorang ahli hidrogeologi atau ahli rekayasa yang mengabdikan dirinya dalam geologi (geohidrologi), dan ahli geologi yang mengabdikan dirinya pada hidrologi (hidrogeologi)
oseanografi (berasal dari bahasa yunani oceanos yang berarti laut dan  atau graphos yang berarti gambaran atau deskripsi juga disebut oseanologi atau ilmu kelautan) adalah cabang dari ilmu kebumian yang mempelajari segala aspek dari samudera dan lautan.
secara sederhana oseanografi dapat diartikan sebagai gambaran atau deskripsi tentang laut.
dalam bahasa lain yang lebih lengkap, oseanografi dapat diartikan sebagai studi dan penjelajahan (eksplorasi) ilmiah mengenai laut dan segala fenomenanya.
laut sendiri adalah bagian dari hidrosfer.
seperti diketahui bahwa bumi terdiri dari bagian padat yang disebut litosfer, bagian cair yang disebut hidrosfer dan bagian gas yang disebut atmosfer.
sementara itu bagian yang berkaitan dengan sistem ekologi seluruh makhluk hidup penghuni planet bumi dikelompokkan ke dalam biosfer.
ilmu oceanografi dapat dibagi menjadi beberapa cabang :
biologi laut atau oceanografi biologi, ilmu mengenai tumbuhan, binatang dan mikrobe (biota) samudera dan interaksi ekologi mereka;
oceanografi kimia atau kimia laut, ilmu mengenai kimia samudera dan interaksi kimianya dengan atmosfer;
geologi laut atau oceanografi geologi, ilmu mengenai geologi dasar laut termasuk tektonik lempeng;
oceanografi fisika ilmu mengenai ciri fisik samudera termasuk struktur suhu-salinitas, pencampuran, ombak, pasang, dan arus;
rekayasa laut mencakup disain dan membangun anjungan minyak, kapal, pelabuhan, dan struktur lainnya sehingga memungkinkan kita untuk menggunakan samudera dengan bijaksana.
geologi ekonomi berhubungan dengan material bumi yang dapat digunakan untuk tujuan ekonomi dan/atau industri.
geologi rekayasa adalah penerapan ilmu geologi dalam praktik rekayasa untuk tujuan menjamin faktor-faktor geologi yang mempengaruhi lokasi, disain, konstruksi, operasi dan perawatan pekerjaan rekayasa telah dikenali dan diperhitungkan dengan matang.
geologi lingkungan mengelola sumberdaya geologi dan hidrogeologi seperti bahan bakar fosil, mineral, air (permukaan dan air bawah permukaan), dan tata guna lahan.
menetapkan dan mengurangi kemungkinan akibat bencana alam pada manusia.
mengelola pembuangan sampah industri dan rumah tangga serta mengurangi atau menghilangkan efek polusi.
geologi sejarah menggunakan prinsip-prinsip geologi untuk merekonstruksi dan memahami sejarah bumi.
bidang ini berfokus pada proses-proses geologi yang mengubah permukaan dan bawah permukaan bumi, dan penggunaan stratigrafi, geologi struktur, serta paleontologi untuk menjelaskan urutan kejadian tersebut.
bidang ini juga berfokus pada evolusi tumbuhan dan binatang selama periode waktu berbeda dalam skala waktu geologi.
sedimentologi adalah ilmu yang mempelajari pembentukan lapisan tanah karena pengendapan tanah yang mengalami perpindahan dari tempat lain.
stratigrafi adalah studi mengenai sejarah, komposisi dan umur relatif serta distribusi perlapisan tanah dan interpretasi lapisan-lapisan batuan untuk menjelaskan sejarah bumi. dari hasil perbandingan atau korelasi antarlapisan yang berbeda dapat dikembangkan lebih lanjut studi mengenai litologi (litostratigrafi), kandungan fosil (biostratigrafi), dan umur relatif maupun absolutnya (kronostratigrafi).
stratigrafi kita pelajari untuk mengetahui luas penyebaran lapisan batuan.
geologi struktur adalah studi mengenai distribusi tiga dimensi tubuh batuan dan permukaannya yang datar ataupun terlipat, beserta susunan internalnya.
geokimia adalah cabang ilmu geologi yang mempelajari komposisi-komposisi kimia bagian dari bumi misalnya pada lithosfer yang sebagian besar komposisi kimianya adalah silikat serta pada daerah stalaktit dan stalagmit banyak ditemukan caco3.
geomorfologi adalah sebuah studi ilmiah terhadap permukaan bumi dan poses yang terjadi terhadapnya.
secara luas, berhubungan dengan landform (bentuk lahan) tererosi dari batuan yang keras, namun bentuk konstruksinya dibentuk oleh runtuhan batuan, dan terkadang oleh perolaku organisme di tempat mereka hidup.
surface (permukaan) jangan diartikan secara sempit; harus termasuk juga bagian kulit bumi yang paling jauh.
kenampakan subsurface terutama di daerah batugamping sangat penting di mana sistem gua terbentuk dan merupakan bagian yang integral dari geomorfologi.
geofisika adalah bagian dari ilmu kebumian yang mempelajari bumi menggunakan kaidah atau prinsip-prinsip fisika.
di dalamnya termasuk juga meteorologi, elektrisitas atmosferis dan fisika ionosfer.
penelitian geofisika untuk mengetahui kondisi di bawah permukaan bumi melibatkan pengukuran di atas permukaan bumi dari parameter-parameter fisika yang dimiliki oleh batuan di dalam bumi. dari pengukuran ini dapat ditafsirkan bagaimana sifat-sifat dan kondisi di bawah permukaan bumi baik itu secara vertikal maupun horisontal.
geokronologi merupakan ilmu untuk menentukan umur absolut batuan, fosil, dan sedimen, dalam suatu tingkat ketidakpastian tertentu yang melekat dalam metode yang digunakan.
berbagai macam metode penentuan umur digunakan oleh ahli geologi untuk mencapai hal tersebut.
hidrogeologi (hidro- berarti air, dan -geologi berarti ilmu mengenai batuan) merupakan bagian dari hidrologi yang mempelajari penyebaran dan pergerakan air tanah dalam tanah dan batuan di kerak bumi (umumnya dalam akuifer).
istilah geohidrologi sering digunakan secara bertukaran.
beberapa kalangan membuat sedikit perbedaan antara seorang ahli hidrogeologi atau ahli rekayasa yang mengabdikan dirinya dalam geologi (geohidrologi), dan ahli geologi yang mengabdikan dirinya pada hidrologi (hidrogeologi).
mineralogi merupakan ilmu kebumian yang berfokus pada sifat kimia, struktur kristal, dan fisika (termasuk optik) dari mineral.
studi ini juga mencakup proses pembentukan dan perubahan mineral.
kristalografi adlah sains eksperimental yang bertujuan menentukan susunan atom dalam zat padat.
dahulu istilah ini digunakan untuk studi ilmiah kristal.
kata "kristalografi" berasal dari kata bahasa yunani crystallon = tetesan dingin/beku, dengan makna meluas kepada semua padatan transparan pada derajat tertentu, dan graphein = menulis.
petrologi adalah bidang geologi yang berfokus pada studi mengenai batuan dan kondisi pembentukannya.
ada tiga cabang petrologi, berkaitan dengan tiga tipe batuan: beku, metamorf, dan sedimen.
kata petrologi itu sendiri berasal dari kata bahasa yunani petra, yang berarti "batu".
vulkanologi merupakan studi tentang gunung berapi, lava, magma, dan fenomena geologi yang berhubungan.
seorang ahli vulkanologi adalah orang yang melakukan studi pada bidang ini.
istilah vulkanologi berasal dari bahasa latin vulcan, dewa api romawi.
ilmu tanah adalah pengkajian terhadap tanah sebagai sumber daya alam.
dalam ilmu ini dipelajari berbagai aspek tentang tanah, seperti pembentukan, klasifikasi, pemetaan, berbagai karakteristik fisik, kimiawi, biologis, kesuburannya, sekaligus mengenai pemanfaatan dan pengelolaannya.
tanah adalah lapisan yang menyeliputi bumi antara litosfer (batuan yang membentuk kerak bumi) dan atmosfer.
tanah menjadi tempat tumbuh tumbuhan dan mendukung kehidupan hewan dan manusia.
edafologi (dipinjam dari bahasa inggris: edaphology, yang membentuknya dari dua kata bahasa yunani , edaphos, "tanah, pijakan"; dan -, -logia, "lambang", "pengetahuan"), atau ilmu kesuburan tanah, adalah salah satu dari dua cabang utama ilmu tanah yang mempelajari peran tanah sebagai pendukung kehidupan, terutama tumbuhan.
cabang utama ilmu tanah yang lain adalah pedologi.
geografi adalah ilmu yang mempelajari tentang lokasi serta persamaan dan perbedaan (variasi) keruangan atas fenomena fisik dan manusia di atas permukaan bumi.
kata geografi berasal dari bahasa yunani yaitu go ("bumi") dan graphein ("menulis", atau "menjelaskan").
penginderaan jauh ,merupakan terjemahan dari istilah remote sensing adalah ilmu, teknologi dan seni dalam memperoleh informasi mengenai objek atau fenomena di (dekat) permukaan bumi tanpa kontak langsung dengan objek atau fenomena yang dikaji, melainkan melalui media perekam objek atau fenomena yang memanfaatkan energi yang berasal dari gelombang elektromagnetik dan mewujudkan hasil perekaman tersebut dalam bentuk citra.
pengertian 'tanpa kontak langsung' di sini dapat diartikan secara sempit dan luas.
secara sempit berarti bahwa memang tidak ada kontak antara objek dengan analis, misalnya ketika data citra satelit diproses dan ditransformasi menjadi peta distribusi temperatur permukaan pada saat perekaman.
secara luas berarti bahwa kontak dimungkinkan dalam bentuk aktivitas 'ground truth', yaitu pengumpulan sampel lapangan untuk dijadikan dasar pemodelan melalui interpolasi dan ekstrapolasi pada wilayah yang jauh lebih luas dan pada kerincian yang lebih tinggi.
kartografi atau pemetaan3 mempelajari representasi permukaan bumi dengan simbol abstrak.
bisa dibilang, tanpa banyak kontroversi, kartografi merupakan penyebab meluasnya kajian geografi.
kebanyakan geografer mengakui bahwa ketertarikan mereka pada geografi dimulai ketika mereka terpesona oleh peta pada masa kecil mereka. walaupun subdisiplin ilmu geografi lainnya masih bergantung pada peta untuk menampilkan hasil analisisnya, pembuatan peta itu sendiri masih terlalu abstrak untuk dianggap sebagai ilmu terpisah.
interaksi yang terjadi antara lapisan-lapisan bumi membuat banyak cabang modern ilmu ini yang melakukan pendekatan interdisiplin untuk mempelajarinya.
contohnya adalah untuk memahami sirkulasi lautan, interaksi antara laut, atmosfer, dan perputaran bumi juga harus diperhitungkan.
daftar sebagian topik utama ilmu kebumian
lithosfer atau geosfer
geodinamik (lihat juga tektonik)
gravimetri (juga bagian dari geodesi)
ilmu sistem bumi
geodesi dan survei