ژئوشیمی از تکنیک‌ها و رویکردهای شیمیایی برای درک زمین و نحوه عملکرد آن استفاده می‌کند. این رشته تقریباً به همه جنبه‌های علوم زمین می‌پردازد، از مباحث کاربردی مانند جستجوی انرژی و منابع معدنی، آلودگی محیط زیست و تغییرات آب و هوایی گرفته تا سوالات اساسی‌تر مانند منشأ و ترکیب زمین، منشأ و تکامل حیات، هوازدگی و دگرگونی سنگ‌ها و الگوی گردش اقیانوس و گوشته. ژئوشیمی به ما این امکان را می‌دهد که سن مطلق را به وقایع تاریخ زمین اختصاص دهیم، جریان آب اقیانوس را هم در حال حاضر و هم در گذشته ردیابی کنیم، رسوبات را در مناطق فرورانش و آتشفشان‌های قوسی ردیابی کنیم و نفت را تا سنگ منشأ آن و در نهایت محیطی که در آن شکل گرفته است، ردیابی کنیم. قدیمی‌ترین شواهد حیات توسط آثار شیمیایی و ایزوتوپی، نه فسیل‌ها، که در سنگ‌ها حفظ شده‌اند، ارائه می‌شود. ژئوشیمی به ما این امکان را داده است که تاریخ عصرهای یخبندان را کشف کنیم و از این طریق علت آنها را استنباط کنیم. ژئوشیمی به ما این امکان را می‌دهد که نوسانات دمای سطح زمین را در طول عصرهای یخبندان تعیین کنیم، دما و فشارهایی را که سنگ‌ها در آن دگرگون شده‌اند و سرعت سرد شدن و تبلور محفظه‌های ماگمای باستانی را تعیین کنیم. این حوزه به سرعت پیچیده‌تر شده است، چه در تکنیک‌های تحلیلی که می‌توانند غلظت عناصر یا نسبت‌های ایزوتوپ را با دقت فوق‌العاده تعیین کنند و چه در مدل‌سازی محاسباتی در مقیاس‌های مختلف از اتمی تا سیاره‌ای.
