地球化学は、太陽-惑星系の形成と進化、地球内部に存在する物質の構造とその進化、さらには大気圏・水圏を含む地球表層や生命の誕生と進化などを「化学」を用いて探求する学問分野である。元素、同位体、化学種の存在度、分布、移動、変化を空間的あるいは時間的に取り扱い、それらを支配する法則や原理を見いだすことにより、地球や太陽系に関連した現象の解明を目的としている。隕石や月試料などの地球外物質を対象とする宇宙化学も含めて地球化学と称する。
対象とする物質は固体地球や惑星を構成する岩石や堆積物，隕石，大気，海水や陸水，火山ガスや熱水，生物など，天然物質全てと、合成や実験によって得られた試料である。また，これらの数値データを用いたシミュレーションも行っている。
また，近年は人類活動により，二酸化炭素問題や海洋汚染など様々な環境問題が発生している。化学的データに基づいて，現在の地球における物質循環を明らかにすること，過去からの地球環境変遷を明らかにすることも地球化学の取り扱うべき課題である。
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