徐霞客是中國古代係統研究岩溶地貌的先驅，也是世界上岩溶學和洞穴學的先驅者。他在石灰岩地區進行了大規模的考察，生動而準確地描述了岩溶地貌的特征，取得了無與倫比的成就，在地理學史上應該享有崇高的曆史地位，他的遊記著作應該是世界上研究岩溶地貌最早的寶貴文獻。
2．河流水文
徐霞客在大量描述地貌的同時，對各地河流的分布和水文特征也有很詳細的記述。遊記中記載了江、河、溪、瀆、澗等大小河流500多條，有發源地、流域麵積、流速、含沙量和侵蝕作用等水文情況的描述。
長江是中國最長的河流，它的源流問題，曆來引起人們的重視。成書於公元前3世紀的《禹貢》有“岷山導江”的記載，意即長江發源於岷山。《禹貢》是儒家經典，受到封建統治者的推崇，它的經文是不容懷疑的，因此曆史上雖然有人已認識到長江的正源應該是金沙江，但也不敢出來否定《禹貢》的“岷山導江”說。徐霞客因家住長江入海附近的江陰，自小看見長江江麵寬闊，江水滾滾東流，引起了研究它的上源的興趣。年長之後，旅行黃河南北，看見黃河“河流如帶，其闊不及長江三分之一”，又使他產生了為什麼長江源短，而黃河源長的疑問。他帶著這些問題，在1636—1637年的考察中，經過調查研究，寫下了《江源考》的論文。他在文中指出：《禹貢》說長江的源頭出於岷山，而實際上不在岷山；岷江流入長江，不一定就是長江的江源，這正如渭水流入黃河不一定是黃河的河源一樣；如果把長江上遊的大渡河、岷江和金沙江進行比較，岷江沒有大渡河長，而大渡河又沒有金沙江長，所以推斷江源，應當從金沙江開始。在當時封建理學的統治下，徐霞客擺脫經書的束縛，敢言前人所不敢言，理直氣壯指出金沙江是長江的上源，使流傳1000多年的謬誤得到了糾正。
通過長期的野外考察，徐霞客對河流的侵蝕作用也有正確的觀察記述。如在湖南茶陵的雲嶁山記載：“大溪自北來，直逼山下，環繞山峽，兩旁石崖水齧成磯。”在廣西扶綏對右江和左江的侵蝕情況作了描述，說右江“江流擊山，山削成壁”，說左江“江流自南衝湧而來，獅石首扼其銳，迎流剜骨，遂成猙獰之狀”。由這些實例可以看到，徐霞客已認識到河流侵蝕兩岸山嶺，把山嶺侵蝕成為崖壁和岬角。河流的侵蝕作用，在徐霞客的筆下已成為塑造地表形態的動力之一。
河流侵蝕力量的大小與流速有關，而流速又與河床比降有關。徐霞客於崇禎元年（1628）考察福建的寧洋溪（今九龍江）和建溪後，對比這二條河流發源地的高程與流程，得出了比降與流速的關係。他說：“寧洋之溪，懸溜迅急，十倍建溪，蓋浦城至閩安入海，八百餘裏；寧洋至海澄入海，止三百餘裏；程愈迫，則流愈急。況梨嶺下至延平，不及五百裏，而延平上至馬嶺，不及四百而峻，是二嶺之高伯仲也。其高既均，而入海則減，雷轟入地之險，宜詠於此。”徐霞客的這段論述是很科學的，他用基準麵和發源地高程相近似的兩條河流相比較，認識到河床比降大小與河源距海遠近有關，發源地高度相等的河流，流程愈短則比降愈大，流速愈大，河流的侵蝕力量也因之愈大。
3．植物地理
徐霞客的植物知識相當豐富，他在書中記載了150多種植物，並對植物與地理環境的關係作了很多觀察，取得了規律性的認識。
海拔高度增加，氣溫相應降低，風速加大，故植物隨高度的變化而有所不同。徐霞客攀登浙江天台山之後寫道：“循路登絕頂，荒草靡靡，山高風冽，草上結霜高寸許，而四山迥映，琪花玉樹，玲瓏彌望。嶺角山花盛開，頂上反不吐色，蓋為高寒所勒耳。”後來遊雲南的棋盤山時又看到：“頂間無高鬆巨木，即叢草亦不甚茂，蓋高寒之故也。”這些記載表明徐霞客對海拔高度影響植物的分布和開花日期，已有了明確的認識。
緯度對植物花期和分布的影響，徐霞客也有觀察記載。崇禎十二年一月三日（1639年2月5日），他看到雲南雞足山上的杏花、桃花已開放，花朵繁茂。24天後，他北上麗江，發現麗江地區的“杏花始殘，桃猶初放，蓋愈北而寒也”。也就是說同一個時期，地理緯度高的地方比地理緯度低的地方氣溫低，所以桃、杏的開花日期也晚些。由於緯度的影響，植物分布有一定界限，這種現象徐霞客在廣西的南丹觀察到了，他寫道：“龍眼樹至此無”，而在南丹的東南約90公裏的德勝則“多”。
高山上的氣溫低，風大，不僅影響植物的分布，而且也使植物的形態發生變化。這種現象徐霞客也有觀察描述。如他攀登安徽黃山的天都峰時寫道：“其鬆猶有曲挺縱橫者，柏雖大幹如臂，無不平貼石上如苔蘚然。”《徐霞客遊記》中還記有很多實例，反映了地形對植物分布的影響，如記載山西恒山的北坡樹木茂密，長達50裏，而南坡都是野草，沒有林木；在考察雲南的點蒼山時指出：“頂皆燒茅流土，複棘翳，惟頂坳間，時叢木一區，棘翳隨之。”
4．火山與地熱
崇禎十二年（1639）徐霞客來到雲南西部的騰衝，考察了附近的火山遺跡。他懷著極大的興趣攀登打鷹山，描述了山上的火山口、火口湖，並看到“山頂之石，色赭赤而質輕浮，狀如蜂房，為浮沫結成者，雖大至合抱，而兩指可攜，然其質仍堅，真灰之餘也”。這裏說的是打鷹山上的浮石，他對浮石的形狀、質地的描述，不但很正確，而且認為浮石是由火山噴發物所形成，這種解釋也是合乎科學道理的。徐霞客關於浮石的描述和解釋，可能是曆史上的最早記載。
地下熱水是一種天然能源。徐霞客在雲南考察和記載了18個地方有地下熱水，按水溫可分為溫泉、熱水泉、沸泉三類，其中溫泉12處，熱水泉和沸泉各3處。他對地下熱水作了很多逼真而生動的描述，如在騰衝的硫磺塘觀察沸泉時寫道：“水從下沸騰，作滾湧之狀，沸泡大如彈丸，百枚齊躍而有聲，其中高且尺餘。”1982年作者到這裏考察時測得水溫98℃，說明徐霞客當時的描述是真實的。他的遊記中還記載了當時人們利用地下熱水的情況，其中最普遍的是用來淋浴治病，其次是從地下熱水中提取硫磺、硝等礦物資源。當年徐霞客在騰衝硫磺塘看到的采磺技術，至今仍然在使用。他所記載的這項技術，是迄今為止見之文獻的最早記載。他所描述的硫磺塘一帶大量熱泉、沸泉的活動情景，非常細致動人，使讀者感到似乎身臨其境。近10多年來許多地質地理工作者來這裏考察，證明《徐霞客遊記》所述翔實，並參照書中的有關記載，作出了300多年來這裏的地下熱水的壓力、溫度與流量都無衰減的結論，可以放心開發利用。
5．人文地理
徐霞客每到一地，除描述當地的自然情況外，還很注意人和環境之間的關係，觀察人們改造和利用地理環境的各種活動，記錄了大量人文地理的資料。手工業方麵，《徐霞客遊記》中有造紙、采礦、榨油、煎鹽、開采大理石等的記述，其中采礦業記載最多，記有金、銀、銅、錫、鉛、煤、硫磺等10多種礦物資源的產地20餘處，有些礦是開采和冶煉結合起來，規模很大。農業方麵，關於農作物的種類、生長分布、地區差異、農田水利、耕作製度等均有記載。商業貿易活動，有城鄉的集市、商人的販運和物價貴賤等情況的記載，特別是對湖南商人將魚苗運往廣西，雲南和廣西的客商將錫、銅運往外省的盛況，徐霞客作了重點記述。至於邊境地區少數民族與緬甸進行貿易或者以物易物的情況，在他的遊記中也有反映。交通運輸方麵，除對水上的舟船航運、陸上的馬騾駝運以及重要城市間的交通幹道有不少記述外，最有特色的是在雲南、貴州的高山峽穀之中，少數民族人民建造藤橋、鐵索橋以溝通往來的情況。此外，在他的遊記中還有以犛牛、大象作為運輸工具的記載，今天除在雲南西雙版納還有少數野象外，其他地方已見不到象了，至於養象作為運輸工具的更是不存在了，徐霞客的記載對研究象在中國的分布和有關問題是很有價值的。城鄉聚落方麵，記錄了大量居民點，大如杭州、衡陽、桂林和昆明等城市，小至廣大農村的村鎮，有地理位置、規模大小和形態特征的記載。廣西、貴州和雲南三省是少數民族聚居地區，遊記對10多個少數民族的生產情況、衣食住行、民族語言，特別是衣服裝飾、發型和各種節日的風俗習慣，都有很生動的介紹。徐霞客愛山愛水，但他的目光絕不僅僅停留在山河水石之間，而對各地的文化古跡，也傾注了極大熱情，作了大量的描述記載，構成了文化景觀的重要一環和旅遊地理的重要內容。《徐霞客遊記》中還有關於政治地理、曆史地理等方麵的內容，總之，人文地理現象的觀察記述，構成了《徐霞客遊記》中很豐富和不可分割的一部分。