Vật lý Địa Cầu nghiên cứu các trường Vật lý của Trái Đất như trường sóng địa chấn, trường từ, trường điện, trường trọng lực, trường nhiệt, các lí thuyết về động đất, chuyển động đối lưu của chất lỏng ở trong nhân Trái Đất, đối lưu ở trong tầng điện li, tương tác giữa gió Mặt Trời và từ quyển Trái Đất, hiện tượng bão từ, dòng điện xích đạo. Nhờ những kết quả nghiên cứu của ngành Vật lý Địa Cầu mà chúng ta biết được cấu trúc của Trái Đất từ tâm ra đến ngoài gồm có nhiều lớp với các tính chất vật lý khác nhau: nhân trong (rắn), nhân ngoài (lỏng), manti và lớp vỏ. Từ trường của Trái Đất được sinh ra bởi chuyển động của chất lỏng ở nhân ngoài và từ quyển có vai trò như một cái lồng bảo vệ sự sống trên Trái Đất khỏi các bức xạ năng lượng cao phát ra từ Mặt Trời. Nghiên cứu cấu trúc từ quyển và tầng điện li trong mối quan hệ Mặt Trời – Trái Đất là một lĩnh vực được cộng đồng các nhà Vật lý Địa Cầu thế giới cũng như Việt Nam quan tâm.

Khoa học Vật lý Địa Cầu có phạm vi ứng dụng hết sức rộng rãi. Ứng dụng quan trọng nhất của ngành Vật lý Địa Cầu hiện nay là nghiên cứu môi trường như: đánh giá hiện tượng nhiễm mặn, ô nhiễm nguồn nước và đất, tính toán trữ lượng nước ngầm, tác động dòng chảy, dự báo động đất, sụt lún, sạt lở, an toàn đê đập. Đây là vấn đề đang nhận được rất nhiều sự quan tâm vì tác động trực tiếp đến xã hội.

Trong việc tìm kiếm thăm dò dầu khí, các phương pháp Vật lý Địa Cầu giữ một vai trò đặc biệt quan trọng. Trong giai đoạn đầu khảo sát người ta có thể dùng các phương pháp thăm dò điện từ, thăm dò từ, trọng lực, từ tellua để xác định sơ bộ cấu trúc địa chất. Sau đó sẽ sử dụng các phương pháp thăm dò địa chấn phản xạ, khúc xạ để nghiên cứu chi tiết cấu trúc và bước sau cùng sẽ là khoan thăm dò trong đó các phương pháp địa vật lý giếng khoan (carota) được áp dụng. Có thể khẳng định nếu không có ngành Vật lý Địa Cầu sẽ không có ngành công nghiệp dầu khí.

Các phương pháp địa vật lý còn được ứng dụng vào công tác khảo sát thăm dò tìm kiếm khoáng sản, nghiên cứu cấu trúc nông gần mặt đất phục vụ các nhiệm vụ địa chất công trình, khảo sát nền móng các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, điện hạt nhân. đo vẽ bản đồ công trình ngầm đô thị, đánh giá chất lượng công trình xây dựng.