全球變化科學的精髓是系統地球觀。系統地球觀強調將地球的各個組成部分作爲統一的整體來加以考察和研究，將大氣圈、水圈、岩石圈和生物圈之間的相互作用和地球上物理的、化學的、生物的基本過程之間的相互作用，以及人類與地球之間的相互作用聯繫起來進行綜合集成研究。即全球變化科學是研究作爲整體的地球系統的運行機制、變化規律、控制變化的機理，並預測其未來變化的科學。地球系統指由大氣圈、水圈、陸圈（岩石圈、地幔、地核）和生物圈（包括人類）組成的有機整體。地球系統科學研究的空間範圍從地心到地球外層空間，時間尺度從幾百年到幾百萬年。
