古地理学，是研究和重建地质时期地球表面自然地理现象的学科，是地质学与自然地理学之间的边缘学科。现在通常将全新世以前(约距今一万年以前)的自然地理环境研究，归属于古地理学的范围。
古地理学简史
中国古代学者很早就对自然地理环境的变迁有所认识。东晋葛洪在《神仙传》中写道“东海三为桑田”。唐朝颜真卿、宋朝沈括等都以山顶、山崖中所见的螺蚌壳为证据，阐述了海陆变迁的观念。
现代古地理学的产生和发展，是与地质学和自然地理学的发展过程一致的。17世纪，欧洲一些学者根据岩层中的化石，对古地理环境作了一些推测，并试图对环境演变的原因作出解释。18世纪后期，英国科学家赫顿在《地球的理论》一书中提出了均变论的思想。其后，英国的赖尔在《地质学原理》中，发展为均变论学说，成为古地理学的研究原则。
19世纪上半叶，在冰期学说得到承认之后，人们对第四纪古地理的演变有了比较深刻的认识，自然地理学范畴的古地理研究得到了比较全面的发展。德国的彭克和布吕克纳对阿尔卑斯山冰川沉积的研究，以及对第四纪冰期的划分；奥地利科学家韦格纳汇集大量古地理材料提出的大陆漂移学说；南斯拉夫的米兰科维奇提出对冰期-间冰期变化的天文成因理论等，都对古地理学研究都有深远影响。
20世纪80年代以来，古地磁测量、放射性同位素测定、氧同位素分析、深海岩心的采样和分析等新技术、新手段的采用；美国的赫斯、迪茨在1960～1962年间提出的海底扩张说，以及美国的摩根、麦肯齐、帕克和法国的勒皮雄于1967～1968年提出的板块构造说，都使古地理学以全新的面貌出现。1968～1983年完成的深海钻探计划等成果，更是勾画出近两亿年以来古海洋演变的基本轮廓。
古地理学的基本内容
古地理学的研究内容比较广泛，有古地貌、古气候、古水文、古土壤、古生物、古海洋等，分别形成相应的古地貌学、古气候学、古土壤学、古生物地理学、古海洋学等。
古地理学的基本理论是将今论古原则。它假定现代所存在的自然地理过程，在过去时期里都同样地存在、同样地进行，因而可以利用现代的自然地理过程和自然地理原理，推论和复原过去的自然地理环境。
但是事实上，在40多亿年历史进化中，地球表面的自然地理过程是不可能不变化的。如当生物圈还处在原始阶段的时候，大气的组分，特别是氧和二氧化碳的含量大异于今天，生物过程、风化过程和土壤形成过程等也是不同于现代的。因而，在复原环境运用将今论古的原则时，又要对此原则有一定的限制。自然地理学范畴的古地理学，其研究范围主要属于新生代时期(距今6700万年以来)，现代自然地理过程大体上适用于这个时期。
复原不同的自然地理现象，必须根据要求选择恰当的时间间距，选择的时间间距小于该特定现象的变化率，其成果才有意义。如重建更新世时期“洲”级空间尺度的古环境，时间间距应不超过一万年；重建全新世间冰期期间的古地理变化，时间间距应不超过一千年。
不同类型岩石的生成和分布，都代表各自不同的地理环境。分析某一地质时期变质岩和岩浆岩的分布，有助于识别古造山带、火山岛弧带和地震带的分布等，根据沉积岩的颜色、矿物成分、粒度、磨圆度、分选程度，结合所含的化石，可复原当时当地的沉积环境。
判断海洋环境最可靠的标志是沉积物中含有的海生生物化石。根据沉积物及化石的性质，可进一步区别海洋环境中的超深海带、深海带、半深海带和浅海带，以及当时海水的温度、含盐度、清澈度、氧的含量等条件。
在陆相沉积物中，冰碛物及相应的冰蚀痕迹、第四纪黄土堆积、红层、古沙丘和蒸发岩，对恢复古地理环境具有特殊的重要意义。冰川是寒冷气候环境的产物。通过对冰碛物、冰川纹泥、羊背石、冰擦痕等研究，可恢复古冰川的分布范围及其消长过程。气候最寒冷时期，冰川的覆盖面积约为现代冰川面积的三倍；最温暖时期，覆盖面积略小于现代。更新世时期冰川的多次扩展和退缩，冰期和间冰期的多次交替，标志着中、高纬度地区气候和古地理环境的反复递变。
第四纪黄土在欧洲、北美主要分布在冰川外缘，表明当地当时属于寒冷苔原环境。中国的黄土主要分布在干旱荒漠区的外缘，表明当地当时属于干寒草原环境。随着冰期。间冰期的交替，黄土的沉积率有明显变化。间冰期时气候转暖，黄土沉积率低，在有利的生物-气候条件下，黄土表面发育土壤层。欧、美、亚洲的黄土沉积剖面中都夹有多层古土壤，它是冰期气候多次为较温暖的间冰期气候所中断的明证。
广泛的古沙丘和短暂片状洪流形成的洪积扇群，通常反映当时属于干旱环境。根据沙丘的排列格局和交错层的倾向，可推断当时的盛行风向。蒸发岩由石盐、石膏、钾盐等组成，大型的蒸发岩沉积主要形成于大型封闭盆地内，大多属于浅水环境，且当地的蒸发量须大于降雨量和河流泼水注入量，因而也是干旱环境的标志。沉积剖面中多层蒸发岩的出现意味着干、湿环境的多次交替。
生物化石是重建古地理环境最重要的依据。如现代造礁珊瑚生存在热带、亚热带浅海中，在年平均温度低于18℃的海域只能生存，不能造礁，因而珊瑚礁的存在不仅表明属于浅海环境，且是属于热带亚热带环境；棕榈属于热带、亚热带植物，现在分布于北纬35°～36°以南，第三纪时它在北半球的分布范围要比现在广阔得多，表明当时热带、亚热带所跨纬度比现在宽广；在不列颠群岛，现代矮桦生存环境的最高温度不超过22℃，八瓣仙女木不超过23℃，它们在第四纪冰期时在中欧平原的出现，表明当时该地曾经是寒冷苔原环境。
生物化石的某些生态特征对重建古地理环境有重要意义。如树叶有滴雨尖是热带雨林的特征，披毛犀的长毛意味着气候寒冷。一般说来，同一种属的哺乳动物的个体，有向两极寒冷环境增大的趋势；与此相反，冷血动物的个体有向赤道湿热环境增大的趋势，最大的甲虫，蚱蜢、多足类动物等都出现在热带和亚热带。动植物的繁茂程度也是探索古地理环境的依据。厚煤层的出现一般表明当时当地环境温暖润湿，有利于植被的生长。
生物化石的微细构造可用于追索古环境的细节。如根据植物化石中的年轮可推断当时的温度季节变化和降水季节变化；年轱木明显，可能表明当时当地是全年高温多雨的环境；特殊的年轮现象有可能标志着异常气候的出现。
与枝、叶、花果等植物机体相比较，植物的孢子和花粉具有数量大，耐酸、碱，耐高温(可达300℃)，耐高压，容易保存等优点。因此，植物孢子花粉组合分析在重建古植被群和恢复古气候、古地理环境方面作出了可贵的贡献。
沉积物和化石的化学性质记录了当时当地的环境特点，因而地球化学与化学地理资料是重建古地理的信息。许多元素有显示古环境的意义。如高价氧化铁所染红的砂、页岩，具有指示高温、低纬的古地理意义。含镓较多的页岩属于淡水环境沉积物；铷、硼的相对含量较高的岩层属于海水沉积环境，因为它们随水体中含盐量的增加而增大。海洋介壳类外壳中镁和锶的含量随水温而变化，根据海底富含无脊椎动物介壳的钙质沉积物中镁和锶的含量可推断古水温：含量较高一般为低纬暖水环境；含量低的一般为高纬冷水环境。
粘土矿物的性质能标示不同的古环境。伊利石的含量在赤道地带最低，随纬度升高而增高，高岭土相反，在赤道强烈化学淋溶地区含量最高。南美亚马孙河口不同时期沉积物的分析表明，全新世时期的沉积物中高岭土含量较高；最后冰期时期的沉积物中高岭土含量较少，且含有占相当比重的未分解的方解石。这说明该地现代为热带雨林植被，在一、二万年以前则是稀树草原植被。
火成岩和沉积岩中都含有细粒的磁性矿物，这些磁性矿物在冷却沉积过程中，都受当时地球磁场的作用。成岩以后，这些古磁场特征，包括磁极方向及对纬度高低起指示意义的磁倾角大小，便保存在岩石中。
不同年代的岩石作古地磁测定，可确定当时磁极的位置和采样地点的古纬度。各大陆不同年代岩石样品的古地磁测定表明，地球的磁极位置是在不断移动的，而且从不同大陆上的岩石中所测到古磁性磁极的移动路径不一，说明各大陆的相对位置随着时间的推在变化，这是大陆漂移说和板块构造说的重要依据。
同位素分析依据的是三种氧的同位素：氧16、氧17、氧18。不同环境中的水，其氧18与氧16含量之比是有差异的，陆上水体中的比值均小于大洋水体中比值的标准平均值。离海洋蒸发源愈远，水体中的此值愈小。同位素分析方法在研究洞穴沉积物、树木年轮等方面也取得了较好成果。
古地理学研究古地理环境的演变过程，因而确定每一幕古环境的年代是极其重要的工作。缺乏年代，难以建立演变过程的顺序；对各种不同来塬的资料，也只有在定出确切年代后，才能相互对比和综合。20世纪中期以来古地理学取得许多重大突破，是与多种有效的绝对年代测定方法的出现分不开的。
现代常用的年代测定方法有：放射性元素年代测定法；古地磁年代测定法；氨基酸年代测定法；年轮年代测定法；地貌-沉积年代测定法；标准化石测定法等。
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