地球科学是一门理论性很强的基础自然科学，其研究具有重要的理论意义。地球科学承担着揭示整个地球系统的物质组成、结构、构造和形成、演变规律的科学使命。它的研究对于人类正确地认识自然界、建立辩证唯物主义世界观起着重要作用；同时，对整个自然科学的发展也具有重要促进和推动作用。近些年来，行星地球系统的整体行为、变化过程、层圈相互作用及地球动力学（包括宇宙环境影响）等方面的研究，促进人类开始建立全新的、科学的地球观和宇宙观。而且，当代自然科学的一些重大基本理论问题，如天体的起源与演化、行星系统的构造与动力学、生命的起源与演化等问题的探索与最后解决也都离不开地球科学的理论研究。
地球科学是人类在实践和应用中逐渐发展起来的，其研究更具有重要的实际应用意义。
地球科学在寻找、开发和利用自然资源中起着巨大作用。自然资源主要包括能源资源、矿产资源、水资源及土地资源等。能源在整个国民经济中居于首要位置，而现阶段的能源资源还主要是依靠石油、天然气和煤等，这些都必须从地下寻找和开采；发展工业需要充足的矿产资源作为原料保证，发展农业所需要的磷、钾等肥料的原料也是来自于地下的矿产资源；水资源对人类社会的重要性更是不言而喻，无论工业、农业还是民用都离不开水，而地下水是目前水资源的重要来源，也需要用地球科学的理论寻找和开发。
中华人民共和国成立以后的60多年来，我国地质工作者以自己的艰苦劳动为祖国的繁荣富强做出了重大贡献。世界上已知的171种矿产在我国均已发现，已探明一定储量的矿产达158 种，其中钨、锑、锌、镁、石膏、石墨等的探明储量居世界首位；煤、铁、铜、锰、铝、铅、锡、钼、金、汞等矿产的探明储量位居世界前列；一批大型油田的相继发现与开发，摘掉了我国贫油的帽子；在世界上有许多被认为是稀有金属（如铌、钽、钛、钒等）的矿产，经勘探查明在我国并不稀有。地质及水文工作者还在西北、华北的干旱、半干旱地带探明了大量地下水资源，缓解了当地工农业及民用缺水的威胁。
地球科学在指导人类如何适应、保护、利用和改造自然环境以及同各种自然灾害作斗争方面发挥着重要作用。气象学的研究与人类的生活、生产等各方面的活动关系极为密切。在农业生产中，利用短期和中、长期的气象预报，可以加强各种农事活动的计划性，如播种、移栽、收割等；为了保护农作物，避免或减轻一些不良天气现象，如霜冻、干旱、大风、暴雨等的危害，必须洞悉这些天气现象的发展规律。同样，航空飞行也需要随时掌握气象情报来保证飞行安全；航海工作也要避免恶劣天气的危害；强烈的暴雨、风、雪会影响陆上的交通安全；此外，水利、城市建设、林业乃至人类生活的一举一动都无不与气象或天气变化有着紧密的联系。
人类在发展生产和建设的过程中，常常需要修建一些大型的工程设施，如公路、铁路、港口、水坝、核电站等，为了确保这些工程在建成后能安全运转，就必须事先应用地质学的研究进行详细的地基选址与场地稳定性评价，弄清场地的地质条件，尽量避开各种不利因素。有些正在发生的地质作用常给人类生活的自然环境带来不良后果，如水土流失、沙漠化等，这时，人类可以运用地球科学知识来设法保护和治理。此外，一些突发性的地质事件往往给人类造成巨大的灾害，如地震、火山、滑坡、泥石流等，这时，人们可以根据它们产生的机理和发展规律，预测、预报或采取有效的措施防止灾害的发生。
有关自然环境的利用、改造和管理的研究，首先必须进行定性评价，地理学是这类定性评价的主要依据。要实现生产力的合理布局，必须对全部地理条件加以综合考虑，从区域规划、建立合理的区域经济结构出发，择优选取。如农业区划、工业布局、交通建设、环保、城市规划、旅游等多方面都有地理学的应用问题。其中主要是自然资源和条件的评价，人类影响地理环境所引起的变化预测，环境的合理地域组织，区域经济结构的优选等方面的应用。
地球科学还将在指导人类社会如何实现可持续发展方面发挥极其重要的作用。可持续发展主要涉及人口、资源、生态、环境、减灾、经济、社会等诸多方面，其中包括地球科学许多领域的综合性研究与应用。当前，人类正面临着一系列艰巨的、紧迫的、深广的、复杂的全球性环境问题、资源问题及社会发展问题，如大气与水体污染、气候异常、植被破坏、生物多样性减少、水土流失和土地沙漠化、许多资源面临枯竭、人口急剧膨胀等，这些环境、资源、人口等问题严重地威胁着人类的生存与发展。而且越来越多的事实证明，人类活动对环境恶化的影响强度还在不断增加，对资源的过度利用与耗竭趋势也仍在继续。要尽快地控制、防止这种环境恶化的趋势，并治理已出现的各种环境问题，力争在较短的时间内使环境向良性转化；抑制对资源的过度利用与依赖；并最终解决好人口、资源、环境协调发展的问题；这些都与地球科学有着密切关系，也是未来地球科学所面临的主要任务。因此，可以说地球科学是可持续发展战略的科学基础，它不仅要研究与可持续发展有关的自然演变（特别是资源、环境、全球变化等）规律，而且还要为社会发展提出规划、管理依据（如资源永续利用、人与自然环境的和谐发展等）。