早期对地球的概念化是当代对地球系统理解的重要基础。例如，英国地理学家J.赫顿^[注]在1788年提出的“地球理论”、19世纪洪堡式科学及1926年V.I.维尔纳茨基^[注]提出的“生物圈”概念。20世纪下半叶，在冷战背景下，地球和环境科学发生了重要的变化。调查和监测全球环境已成为一项战略任务，为现代地球系统科学提供了有益的信息。

20世纪中叶，国际地球物理科学开始发展，建立了全球观测网。20世纪60年代和70年代，科学界和公众对环境问题的意识不断增强。美国海洋生物学家R.卡森^[注]的《寂静的春天》（Silent Spring）的出版；1972年联合国人类环境会议上“唯一的一个地球”的论述；关于臭氧消耗和气候变化的第一个警报；以及罗马俱乐部出版的《增长的极限》（The Limits to Growth）等，都增强了人们的环境意识。1972年，英国科学家J.E.拉夫洛克^[注]提出盖亚假说，认为地球是一个由生物和它们相互作用的环境组成的整体。

经过全球科学家共同合作对全球观测数据的对比分析和研究，在1987年提出了“地球系统科学”概念，将研究地球五大圈层（岩石圈、地圈、水圈、生物圈，以及大气圈）的相互割裂的各个学科（地理学、地质学、海洋学、生态学、气象学等）最终统一起来。随后，国际地圈-生物圈计划（IGBP）、国际人类层面方案（IHDP）以及布雷瑟顿图的广泛使用，推动了地球系统的不断发展。

在地球系统科学发展的历史进程中，德国大气科学家H.J.尚胡贝尔^[注]首次将人类活动作为地球系统的重要组成部分。他提出地球系统可以用以下数学概念表示：

式中；；为生态圈；为人类因素；为大气圈（atmosphere）；为生物圈（biosphere）；为冰冻圈（cryosphere）等；为人类生命和活动的总和（anthroposphere）；为全球主题（global subject）的涌现。这一概念的提出为人们从整体上理解“地球系统”提供了理论支持。

展示了地球系统的概念模型，不仅包括了地球各种不同的组成部分，同时也概述了它们之间相互作用和反馈。

地球系统未来发展需要将人类动力学与生物物理动力学充分结合起来。这离不开高速计算、数字化、大数据、人工智能和机器学习等技术的发展，也需要更加深入地整合创新研究和政策思想。地球已经进入被科学界称之为人类世时代的新的地质时代。人类是推动地球系统运行轨迹的主导力量：人类社会不再是“大行星上的小世界”，而是变成了“小行星上的大世界”。