يعرف علم البيولوجيا الأرضية بشكل واسع بأنه مجال البحث العلمي متعدد التخصصات الذي يقوم باستكشاف العلاقات التفاعلية بين المحيط الحيوي واليابسة و/أو الغلاف الجوي.

يشارك باحثون من مجالات عديدة في الأبحاث البيولوجية الأرضية، ومنها، على سبيل المثال لا الحصر، علوم مثل: علم المتحجرات وعلم الأحياء القديمة وعلم الأحياء الدقيقة وعلم المعادن وعلم الكيمياء الحيوية وعلم الرواسب وعلم الوراثة وعلم الوظائف والكيمياء الأرضية (العضوية غير العضوية)، وعلوم الغلاف الجوي. أحد العلوم الفرعية الهامة لعلم البيولوجيا الأرضية علم الأحياء المجهرية الأرضي، وهو مجال الدراسة الذي يركز على بحث العلاقات التفاعلية بين الأحياء المجهرية والمعادن. مجال بحثي آخر وثيق الصلة هو علم الأحياء الفلكي الذي هو مجال متعدد يضم العديد من التخصصات ويستخدم بيانات علم البيولوجيا الأرضية وعلوم الكواكب لتشكيل محيط مثالي للبحث في الأحياء على الكواكب الأخرى.

كذلك تركز الدراسة على تفاعلات المحيط الحيوي/الغلاف الأرضي/الغلاف الجوي طوال تاريخ الأرض، كما تم تسجيله في سجل الصخر الرسوبي. أحد نماذج التفاعل المشار إليه يتمثل في أن العصر الأركي شهد دخول الأكسجين إلى الغلاف الجوي من خلال بكتيريا التمثيل الضوئي. هذه الأكسدة للغلاف الجوي البدائي للأرض (والتي يطلق عليها اسم كارثة الأكسجين) قد تتسبب في ترسيب الحديد المندمج بالتشكيلات الصخرية.

أحد نماذج أبحاث علم البيولوجيا الأرضية في سياق معاصر يتمثل في دراسة البكتيريا التي «تتنفس» معادن مثل المنغنيز واليورانيوم. هذه الكائنات الحية تستخدم المعادن كمستقبلات إلكترون طرفية بنفس الطريقة التي تستخدم بها الحيوانات الأكسجين. هذه العمليات تحمل البشرى للإنسان باعتبارها أدوات لعلم العلاج البيئي الحيوي.