地球化学是研究元素自然化学行为的科学，研究元素在各种地质作用中的行为时，就必须联系元素自身的性质和其所处的热动力条件。因此，自然基础学科，如基础化学、物理化学、结构化学和核化学等学科的有关理论是地球化学必须借助的。
在地质学中，地球化学与研究地球物质组成的结晶学、矿物学、岩石学和矿床学等学科的关系特别密切。现代矿物学、岩石学和矿床学往往借助并引用地球化学的理论，另一方面，上述学科的发展，对地球化学亦有很大的促进和影响。
地球化学与有关学科的结合和相互渗透，以及学科内部研究方向的不同，使得地球化学的研究范畴不断扩大，并产生了许多不同的研究领域和分支。如：海洋地球化学、生物地球化学、环境地球化学、区域地球化学、个别元素地球化学、岩石成矿作用地球化学、同位素地球化学和地球化学热力学等。
近代宇航技术的发展，对于地球以外星体化学的研究领域也日益扩大，促进了宇宙化学的发展。由于地球和太阳系在形成和演化上有着不可分割的联系，因此，研究地球化学必然联系到宇宙化学方面的内容。