自19世纪近代科学体系建立以来,形成了以研究地球某一部分为主的众多学科(如研究地球大气圈的气象学、研究岩石圈的地质学),人们通过对地球各个组成部分长达一百多年的研究,于近几十年更明确地认识到自然过程不仅仅局限在地球的各个圈层内部,而且也发生在各个圈层之间,从而对地球的各个组成部分之间的关联性有了更为深刻的认识。20世纪60年代以后,海底扩张说兴起,使沉寂多年的大陆漂移学说重新复活并发展成为板块运动理论,与岩石圈演化有关的一系列地质现象从此得到了相互关联、协调一致的解释,**次成功地回答了“地球是怎样活动的”问题。70年代提出了气候系统的概念,气候在各个时间尺度上都存在变化的观点得到普遍认同,从天文因素解释第四纪冰期一间冰期旋回变化的米兰柯维奇假说因得到深海沉积等地质证据的支持而成为被广泛接受的理论。在此前后,生态系统和生物地球化学循环过程的重要意义也受到高度重视。至80年代提出了地球系统的科学思想,地球的整体性和动态变化性成了人们认识地球的新视角,并构成了全球变化研究的出发点。
人类是以主动地开发利用自然资源来创建支撑自身生存的人类生态系统作为其适应环境手段的。以工具和火的使用、农业的出现、文明社会的出现和工业革命为标志,人类在其发展历史上至少经历了四次飞跃,每次飞跃带来的对自然资源的认识和开发利用能力的提高都把人类的发展推进到新的阶段。工业革命以来,特别是近50年来,人类活动对自然环境的强烈影响已经达到足以导致整个自然系统发生变化的程度,成为引起环境变化的一个重要因素;人们已清楚地意识到,人类本身有意或无意的行为已有使地球环境趋向恶性发展以至于达到不可收拾的危险,人类活动所引起的环境变化已不再是局地性问题,人类正在以各种连自己还没能认识得很清楚的方式,根本性地改变使生命得以在地球上存在的各种系统和循环。另一方面,人类生态系统对自然环境的变化高度敏感,环境的任何变化都对人类的生存与发展产生影响甚至构成威胁,人们比以往任何时期都更为迫切地希望了解整个地球环境的行为规律,以及人类行为对全球环境整体行为的影响。对人类赖以生存的环境的关注,成为推动全球变化研究的一个巨大动力。