研究整个地球的生态问题的生态学分支。又称生物圈生态学。由于人类活动在近百年来对生物圈的影响迅速增加，出现一些影响全球甚至威胁人类生存的迹象，诸如温室效应和全球气候变暖、臭氧层被破坏、酸雨等，因而对地球这个生命维持系统的基本过程和性质的了解，已成为未来几十年的重大科学问题。
地球女神或盖阿假说认为，地球表面的大气组成、地表温度、酸碱度和海水的化学组成是受地球上生命总体所主动调节的，即当它们受自然条件干扰（如太阳辐射量增加、地震、火山爆发、大陆漂移等）和人类活动破坏（如工业污染、森林滥伐等）时，生命总体就会通过其生长和代谢对这些变化作出反应和调整。达尔文进化论认为生物进化是对基本上变化不大的环境的适应过程，所以地球女神假说与进化论思想有着明显的不同。
全球变化研究涉及诸多学科，规模巨大，需用现代遥感技术和高级计算机系统才能在全球范围进行。1986年在国际科联组织下开展的“国际地圈-生物圈计划( IGBP)”的全球变化研究，不仅涉及大气圈、水圈(包括海洋)、生物圈和岩圈，还涉及工业与能源管理，森林砍伐和种植等社会经济问题，目的是了解全球性的变化过程和造成这种变化的原因，以及对人类未来的影响。
