地理學(geography)，是研究地球表層空間地理要素或者地理綜合體空間分布規律、時間演變過程和區域特征的壹門學科，是自然科學與社會科學的交叉，具有綜合性、交叉性和區域性的特點。隨著地理信息技術發展與研究方法變革，新時期的地理學正在向地理科學進行轉身，研究主題更加強調陸地表層系統的綜合研究，研究範式經歷著從地理學知識描述、格局與過程耦合，向復雜人地系統的模擬和預測轉變。
地理學的主要研究對象是地球表層。它是由巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈和人類智慧圈等相互作用、相互滲透形成的自然-社會綜合體。
地理學研究空間的上界面是大氣圈對流層頂部，下界面是巖石圈的上部。 地球表層是地球上最復雜的壹個界面，是物質三態相互作用、有機與無機相互轉化的場所，又是地球內外營力相互作用的場所。地球內營力、地球內部活動構造作用對地球表層有顯著影響,地球的外營力對地球表層的改變作用也非常明顯。火山爆發、地震、板塊運動等內營力造成了高原隆升，是地球的內部動力。流水侵蝕、風力剝蝕等外營力塑造了地表千姿萬態的自然界形態。
尤為重要的是，地球表層系統是人類社會賴以生存的環境，維持人類的可持續發展必須要保護地球表層系統,尤其是受人類活動影響最為深刻的陸地表層系統。因此，地理學的研究不僅是涉及物質和能量在垂直方向上的延伸，還涉及到物質和能量在水平方向上的延伸;既包括對自然過程的刻畫，還涵蓋對人文和社會經濟過程的辨析，更包括人地系統的耦合。面對資源、生態、環境等眾多復雜的綜合性問題，地理學需要找到壹條綜合性的途徑和方法，來應對眾多挑戰，為人類可持續發展奠定學科基礎。
第壹，地理學研究方法的變革。傳統的地理學方法主要有勘查、觀測、記錄、制圖、區劃與規劃等。早期劃定的分區對於決策支持而言,在宏觀方面有引導性,但在微觀方面需要進壹步具體和翔實的信息。現代地理學在發展過程中繼承了原有優勢,在加強野外考察、觀測的同時,更註重應用空間統計、對地觀測、地理信息系統、遙感等多種技術手段,建立模型和決策支持系統,為決策和管理服務。
第二，地理學的研究技術已經從概念模型走向定量表達。從早期的地理地帶性概念、柯本氣候分帶到氣候系統模式,從早期的地理信息空間疊加到地球系統多圈層要素耦合模式,地理學相關模型的模擬精度正在不斷提升。從計算機制圖到空間分析,地理信息系統向著具有不同分辨率、海量數據、多維顯示的數字地球系統發展。從早期航空遙感走向多衛星組網的多分辨率、全天候、全波段、多要素地球立體觀測,遙感觀測的時空分辨率大幅提升。從早期的指南針、羅盤,到組網衛星,再到移動終端,全球定位系統實現了從定位走向基於移動網絡的位置服務。隨著對地球表層的監測體系逐步建立,從天上的航空航天遙感到地下探測,再到地表土壤、植被、水等多要素的觀測,實現了精細化、多尺度的野外觀測,為研究地理過程提供了豐富數據,深化了對地理現象過程和機制的認識。地理學研究已經從統計模型走向模式模擬,從原來的線性分析發展為非線性數理統計,從模型建立走向模型系統,面向預測的多圈層、多要素耦合的地球系統模式已成為可能。
第三，大數據、可視化和虛擬現實為研究復雜的地理學問題提供了重要工具。大數據可以比較精細刻畫社會經濟現象的時空變化。例如在人文現象分析中,通過人口在空間上的流動識別熱點地區,進而為公***設施布局、交通網絡構築等提供科學依據;通過室內模擬和室外觀測相結合,將室外觀測的地理過程數據與數字化的降雨量、植被覆蓋、城市交通網絡布局等要素相結合,進而在計算機上進行智能化、可視化的模擬,為決策提供服務。早期進行土地覆蓋、土地利用、土壤等制圖研究往往通過野外調查人工繪制,建立調查樣地代表不同圖斑特征。通過遙感圖像解譯地物類型,依托地理信息系統對其它空間數據進行整合管理,可以實現地理學核心的人地關系研究,如土地覆蓋空間格局變化、城市化過程及其驅動機制等,並為生物多樣性保護、城鄉規劃、應對全球變化等可持續發展相關問題服務。隨著地理學圈層相互作用模式越來越註重多要素耦合,綜合性和整體性已經成為地理學理念的"數值化表達",3S技術貫穿於解決地理學問題的各個環節。例如,在氣候模式演變研究中,20世紀70年代的氣候模式,主要是考慮大氣和地球表層;壹直到90年代末期,IPCC第二次評估報告時才考慮了氣溶膠的影響。後來逐步考慮植被的動態變化、大氣化學特征、冰凍圈的變化等,未來也必將增加城市化、社會經濟的變化、產業變化對氣候系統的影響等。總之,地理學圈層相互作用模式越來越綜合,整合了越來越多的自然環境和社會經濟特征。