全球变化科学的精髓是系统地球观。系统地球观强调将地球的各个组成部分作为统一的整体来加以考察和研究，将大气圈、水圈、岩石圈和生物圈之间的相互作用和地球上物理的、化学的、生物的基本过程之间的相互作用，以及人类与地球之间的相互作用联系起来进行综合集成研究。即全球变化科学是研究作为整体的地球系统的运行机制、变化规律、控制变化的机理，并预测其未来变化的科学。地球系统指由大气圈、水圈、陆圈（岩石圈、地幔、地核）和生物圈（包括人类）组成的有机整体。地球系统科学研究的空间范围从地心到地球外层空间，时间尺度从几百年到几百万年。