Esta disciplina considera la interacción entre la atmósfera, hidrósfera, litósfera (geosfera), biosfera,[1] y heliosfera.
[2] El Comité de Ciencia del Sistema Tierra de NASA indica que es su objetivo: "Obtener una comprensión científica de todo el Sistema Tierra a escala global describiendo cómo han evolucionado sus componentes y sus interacciones han evolucionado, cómo funcionan y cómo cabe esperar que continúen en todas las escalas temporales".
[4] El Carleton College del Centro de Recursos Educativos de la Ciencia, brinda la siguiente definición: «La ciencia del sistema Tierra abarca la química, física, biología, matemáticas, y ciencias aplicadas trascendiendo las fronteras disciplinarias para tratar a la Tierra como un sistema integrado y busca comprender las interacciones físicas, químicas, biológicas y humanas que determinan los estados pasados, presente y futuros de la Tierra.
Los primeros informes del ESSC de la NASA, Earth System Science: Overview (1986), y el libro Earth System Science: Una visión más cercana (1988), constituyen un hito importante en el desarrollo formal de la ciencia del sistema Tierra.
Para promover la investigación y discusión en estos campos, se creó una organización denominada Gaia Society for Research and Education in Earth System Science (en español: "Sociedad Gaia para la Investigación y Educación en la Ciencia del Sistema Tierra").