固體地球科學的革命主要是大地構造理論上圍繞活動論與固定論發生的思想革命。傳統的地質觀念認為，大陸及海洋只在原來的位置上作垂直升降運動，其相對位置未發生顯著變化，故被稱為“固定論”，“地槽”“地臺”說是其典型代表。“活動論”者認為，大陸曾有過長距離的水平運動，大陸和海洋的相對位置是不斷變化的。代表“活動論”的大地構造學說是“大陸漂移—海底擴張—板塊構造學說”。經過近半個世紀的爭論，到20世紀60年代末期，以現代地質及地球物理研究成果為基礎的板塊構造學說取得了決定性的勝利，並由此推動了地質學與地球物理學領域的壹場深刻革命。
與此同時，隨著科學技術的進步，20世紀以來的地質學獲得了前所未有的全面發展。高溫高壓實驗技術、同位素地質年齡測定技術、電子計算機、電子顯微鏡、大陸超深鉆與深海鉆探技術等給地質學的發展以極大的推動作用，使地質學逐步由定性描述與分析向半定量、定量分析與研究發展。地球物理、地球化學方法在研究地球及地殼的物質組成、結構構造及運動特征方面取得了豐碩成果，成為推動地質學發展的強大動力。航天技術在地質學上的應用取得了重大成就，以航天技術為基礎的新興的天文地質學顯示出旺盛的生命力。這些研究將為人類最終了解地球起源與演化、解決許多重大地質問題發揮重要作用。
地質學的應用是促進地質學發展的動力，20世紀以來除傳統的礦床學不斷發展，提出了許多新理論之外，石油地質學的發展尤其令人矚目。水文地質、工程地質、地震地質等的研究也發展迅速。特別是20世紀中期以來，環境地質研究的重要性越來越引起人們的註意，正在向縱深方向發展。
20世紀以來在地理學上也發生了重要的革命，特別是研究方法與手段上的革命，通常稱為地理學的計量革命。20世紀50年代，地理學開始采用現代數學方法分析地理問題。1955年，美國華盛頓大學地理系在加裏遜主持下開設第壹個應用數理統計研究班，推動計量地理學發展。1963年，伯頓提出“計量革命”口號，使這壹趨勢推向歐洲和全球。地理學計量革命的實質是用現代數學方法和計算機，運用模型和模擬，使地理學的理論精確化，計算快速化，從傳統的定性分析向定性和定量分析相結合過渡。20世紀60年代以來，在計量革命的推動下，人們把地理環境和區域看作是壹個系統，大量地應用計算機、遙感、遙測等新方法，對系統及其相互作用進行模式化、公式化，用數字、圖像等定量表達人地關系，說明區域差異與變化，從而對地理環境的演化進行科學預測，以期達到人地關系的最優化。這就是“地理信息系統（GIS）”的成功開發與廣泛應用。這樣，使地理學由以前的現象描述發展到科學解釋和定量預測的新階段。與此同時，由於社會的需要，應用性的地理分支學科大量湧現，如工程地理學、環境地理學、資源地理學、應用景觀學等。