從放射元素分析得出，地球約在46億年前形成。由於經受了外來小天體的隕擊、火山活動和板塊構造等地質過程，已發生“滄海桑田”的嚴重演化，地球表麵積的98％是後半期形成的，90％是近6億年內形成的，最早期8億～10億年的遺跡已喪失殆盡，很難從地球自身研究得到它的完整演化史。
水圈是地表水體的總稱，包括海洋、河流、湖泊、沼澤、冰川和地下水。其中主要是遼闊的海洋，占地球表麵積的70·8％，平均深度3900米。水圈總質量為1·45×1021千克，約為地球總質量的1／4000。
大氣圈是地球的外圍氣體層，廣延到行星際，地球大氣主要集中於近地表的低層，外層大氣極稀疏。大氣圈總質量為5·136×10118千克，約占地球總質量的1／1000000。地球大氣的溫度和成分等性質主要隨高度變化（垂直分布），也有隨緯度或區域以及隨時間的變化。根據大氣溫度的垂直分布，常把大氣分為4個圈層：對流層、平流層、中層、熱層。熱層以上的外大氣層氣體極其稀疏（107分子／厘米3，而海麵1019分子／厘米3），甚至延展到60000千米，主要是氫和氦，受太陽的Lα（波長121·6納米）輻射激發而有微弱輻射，稱為地冕。按氣體混合狀況，以高度85千米為界，分為下麵的均質層與kN的非均質層。據氣體電離程度，地球大氣分為2層：以高度70千米為界，下為中性層，上為電離層。高層大氣被太陽X射線離解為離子和電子而形成電離層，按電子密度的垂直分布分為D，E，F1，F2層，依次反射長波、中波到短波的無線電信號。隻有頻率30兆赫以上的超短波和微波才可以穿過電離層而用於宇航通訊及天體射電觀測。
由於地球大氣有選擇性地吸收天體輻射，隻透過某些波段的天體輻射而到達地麵，因此，地麵觀測到的隻是通過大氣“窗口”波段的天體輻射，而觀測天體在其他波段的輻射則必須到高空和太空進行。
我國古代發明了指南針（磁針）來確定方向，認識到地球是個大磁體。地球磁場（簡稱地磁）大致像條形磁石周圍那樣的偶極磁場，現在的磁軸與自轉軸的交角為11·5°，且磁場對稱中心偏離地心南約460千米，南、北磁極的磁場強度為0·68和0·61高斯（1高斯=1014特），磁赤道的磁場強度H0=0·31高斯。地球總體磁性常用磁矩μ表示，它跟行星半徑R和H0的關係為μ=H0R3=7·906×1010·高斯·千米3。地磁的主要部分是基本磁場，產生於地球內部。太陽風帶電粒子流跟地球磁場相互作用，在地球周圍形成帶電粒子包圍的地球磁場控製區域稱為磁層。太陽風的動壓把地球磁力線往背太陽方向推斥，使磁層形成複雜結構。地球磁場和磁層隨地球自轉，帶電粒子流與磁場相對運動而形成大的電流體係，成為地球外部磁場的源，太陽活動劇烈時，強太陽風擾動磁層電流係統而造成地磁擾動。沿磁力線沉降的高能帶電粒子（主要是電子）激發大氣原子和分子發光而形成美麗的“極光”。地球磁場捕獲的大量帶電粒子所在區域稱為“輻射帶”，這是先由理論預言，範艾倫（VonAllen）在1958年用衛星上的儀器發現，故又稱為範艾倫帶，那裏的很強輻射會危害航天器極其攜帶的儀器和宇航員，