地球科学是认识行星地球的形成、演化以及与人类自身生存和发展休戚相关的气候、环境、资源、灾害、可居住性、可持续发展等的一门自然科学。20 世纪 80 年代以来，随着全球环境变化问题的日益突出，出于人类可持续发展的战略需要，全球环境变化研究得到普遍关注和快速发展，可持续发展问题得到各国政府和社会的高度重视，地球系统科学思维在地球科学中得到普遍接受，地球系统科学成为地球科学的前沿领域，地球科学研究进入新的发展阶段。如何创新发展地球科学是每个地质工作者需要认真思考的重大议题。
关于地球系统科学的概念和发展，中国科学院地学部地球科学发展战略研究组在 2009 年出版的 《21 世纪中国地球科学发展战略报告》中这样写到:
“地球系统科学概念的诞生，源于自 20 世纪 60 年代以来人类面临的一系列资源、生态、环境、灾害等全球性问题的挑战。
‘地球系统科学’一词最早出现于 1983 年美国国家航空航天局 ( NASA) 顾问委员会领导下的地球系统科学委员会 ( ES-SC) 的内部文件中。该委员会在制定 NASA 的地球科学计划时，提出要把地球的各组成部分作为相互作用的一个系统加以分析，将透视和理解地球系统随时间的演化作为地球系统科学的最终目标。该委员会于 1988 年出版了 《地球系统科学》报告 ( NASAAdvisory Council，1988) ，系统地阐述了地球系统和地球系统科学的观点。强调从整体出发，将地球的大气圈、水圈 ( 含冰雪圈) 、生物圈和岩石圈看做一个有机联系的地球系统来研究，认为发生在该系统中的各种时间尺度的全球变化是地球系统各子系统 ( 圈层) 的物理、化学和生物学三大基本过程相互作用的结果，首次提出将人类活动作为与太阳和地核并列的、能引发地球系统变化的驱动力———第三驱动因素。
……
将地球作为一个行星来认识，体现了地球系统科学研究的整体观。地球系统科学的概念超越了传统地球科学各分支学科，是地球科学发展的必然规律。地球系统科学以认识地球系统组成部分之间的相互作用与变化过程为关注焦点，把不同学科关于大气圈、水圈、生物圈和岩石圈的科学发展综合成对地球系统的整体认识，以耦合的地球模型作为预测地球系统变化趋势的工具。地球系统科学概念引入地球科学各分支学科，将极大地促进地球科学各学科的交叉融合; 作为一门新兴学科的地球系统科学的发展，将极大地促进地球科学集成研究的发展。”