Геоэкологияның әдіснамалық негізі – атмосфера–гидросфера-биосферамен-техносфераны зерттеумен тығыз байланыстағы қоршаған ортаны зерттеудегі жүйелік сараптау мен көп факторлы (синергетикалық) бағыт болып саналады. Геологияны зертеудің функционалды бірлігі – геоэкологиялық жүйелер. Осылайша, геоэкологиядағы иерархиялық жүйелер, биоэкологиядағы секілді тәртіппен құрылады.
Геоэкологиялық зерттеулердің соңғы, қорытынды шешімдері аса маңызды болып табылады; олар қоршаған ортаны тиімді әрі ұқыпты пайдалануға және медико - биологиялық ақпараттардың кеңейтілуіне әкеледі. Бұл, сәйкестік карталау кезінде, ауру ошақтарын анықтап, оларды геоэкологиялық жағдайлармен түзетуге мүмкіндік береді.
Қазіргі кезеңнің маңызды ғылыми мəселесі – табиғатты қорғау мен оны өзгертудің ең тиімді жолдарын анықтау жəне табиғи ортаның экологиялық жағдайының өзгеру тенденцияларын алдын ала, дер кезінде байқау. Сонымен қатар табиғи ортаның барлық компоненттерінің өзара əрекеттесуі арқылы болатын шартты (динамикалық) тепе-теңдігін сақтауға жəне оны адамзат тіршілігінің салдарынан бұзылғаннан кейін қайта қалпына келтіруге ерекше мəн беріледі.
Қазіргі ғылым табиғатты барлық заттары мен құбылыстары бір-біріне тəуелді, өзара тығыз байланыстағы, əрі əрекеттестіктегі біртұтас дүние ретінде қарастырады. Табиғи ортаның біртұтастығы, бөлшектенбейтіндігі туралы тұжырымдама геоэкологияның əдістемелік негізінде жатыр. Осыдан, геоэкологияда материалистік диалектикаға негізделген мынадай əдістемелік ұстанымдар қалыптасты. Геоэкологиядағы экологиялық мəселелерді шешудегі маңызды орынды жан-жақты байланыстар жəне табиғат дамуындағы табиғи үрдістер мен құбылыстардың өзара тəуелділігі жайындағы ережелер алады. Осы ереже бойынша барлық табиғи үрдістер мен құбылыстар арасында көптеген өзара байланыстар болады. Табиғи немесе антропогендік факторлардың əсерінен табиғаттың қандай да бір бөлігінің өзгеруі табиғи ортаның құрылымының жан-жақты бұзылуына əкеп соғады. Осыған байланысты табиғи орта компоненттерінің (мысалы, климат, топырақ, биота) қайсысының болсын өзгеру бағытын анықтау міндетті түрде географиялық жүйенің басқа компоненттерінің де өзгеруіне əкелетініне көз жеткізеді. Өте маңызды заңдардың бірі қарама-қайшылықтар бірлестігі мен күресі. Ол бойынша табиғи ортадағы қарама-қайшылық элементтерін анықтау мен зерттеу арқылы аумақтың келешектегі табиғи жəне антропогендік жағдайының даму бағытын дер кезінде анықтау мен бағалауға жəне, соның негізінде, қажетті ұсыныстарды құрастыруға болады.
Сандық өзгерістердің сапалық өзгерістерге біріге ауысуы заңы бойынша кез келген геожүйелер жағдайының бұзылуын есепке алып отыру қажет. Қоршаған орта сипатындағы сандық өзгерістерді анықтау болашақта табиғи-антропогендік жүйелерде міндетті түрде болатын түбегейлі сапалық өзгерістерді күнібұрын білуге мүмкіндік береді.
Теріске шығаруды теріске шығару заңы дамудың философиялық тұрғыдағы серпінді, алға тарту сипатын ашады. Табиғатта өткен шақта болсын, осы шақта болсын мүлде бірдей жағдай ешқашан қайталанбайды, себеп пен салдар үнемі орындарын ауыстырып отырады. Геоэкологияда жоғарыда аталған əдістемелік ұстанымдар ауқымдық, аумақтық, нақтылық, кешендік сипаттағы арнаулы географиялық тəсіл арқылы іске асырылады.
Табиғатты қорғаудың ландшафттық ұстанымы мен адамның қоршаған ортаға тигізетін əсерлерінің зардабын күнібұрын білу ерекше əдістемелік мəнге ие болады. Осы ұстаным бойынша физикалық-географиялық белдемдерде, облыстарда, өңірлерде, аудандарда, ландшафт жəне оның төменгі жіктелу категорияларында өзара əрекеттестіктегі барлық компоненттерін кешенді қамту көзделеді. Сондықтан нақты ландшафт құрылымындағы соған тəн табиғи компоненттердің біріне бірі сай болуына антропогендік əсер нұқсан келтірсе, ландшафттың физиономиялық (сыртқы) пішіні мен оның табиғи əлеуеті, сонымен қатар ішкі литогендік, гидрогендік жəне климатогендік негіздері мен биотасы да міндетті түрде өзгереді. Осыған байланысты, аумақтық табиғат кешеннің қай бөлігінде болсын болған бұзылу жалпы геожүйе құрылымындағы не оң, не теріс өзгерістерге əкеледі. Осы өзгерістерді бағалау мен болжау табиғатты қорғауды басқару мен оны тиімді пайдалануды қамтамасыз етеді.
Адамзаттың табиғи ортаның экологиялық тұрақсыздануға ұшырау құрсауынан шығуы қоғамның күрделі əлеуметтік-экономикалық мəселелеріне айналды, оларды шешуде əр сала ғалымдарының біріккен əрекеттері арқасында ғана оң нəтижеге қол жеткізуге болады.
Қоршаған орта түсінігіне табиғат компоненттері – атмосфера, гидросфера, педосфера жəне литосфераның беткі бөлігі жатады. Аталған табиғат компоненттері географиялық қабық құрамына кіреді. Адамзаттың шаруашылық əрекеттері осы географиялық қабықтың белгілі бір бөліктерінде жүріп жатады, осыған байланысты техногендік қабық – техносфера қалыптасты, оны зерттеу негізінен географиялық қабықты зерттейтін геология мен география ғылымдарының еншісінде. Техногенез əсеріне ұшыраған табиғат компоненттерін зерттейтін көптеген ғылымдардың басын біріктіретін негізінен география, геология жəне экология. Біріншісі табиғаттың шекаралас компоненттерін – атмосфера, гидросфера, литосфера, педосфера, жəне ландшафттарды зерттесе, екіншісі геологиялық орта мен ондағы тіршілік субъектісі – адамның сол ортадағы орнын зерттейді, үшінші ғылым (экология), техногендік əсерге ұшыраған геологиялық жəне географиялық орталарды зерттеу барысында аталған ғылымдардың экологиялық мəнін анықтайды. Оған географиялық орта компоненттеріне мониторинг жүргізудегі геоэкологиялық əдістемелердің қолданылуы дəлел.
Қазіргі кезеңде экологиялық мəселелер биоэкология бағытында жиі көтеріледі. Биоэкология бойынша жүргізілетін көптеген зерттеулер организмдерді адамзат тіршілігіне байланысты өзгерген қоршаған ортамен біріктіре қарастырады. Биологтардың айтуынша, организмдер, қауымдастықтар немесе биота экологиясын зерттеу техногендік заттармен ластанған ортадан тыс болса маңызын жоғалтады. Олар өз қорытындыларында география мен басқа жаратылыстану ғылымдарының жетістіктеріне сүйенеді. Мысалы, биогеография антропогенезге байланысты өзгерген жағдайда тіршілік етіп жатқан организмдер күйін техногенезге ұшырамаған қалыпты ортамен салыстыру арқылы зерттейтін географиялық ғылым. Бұл жағынан алғанда биоэкологтар ағзалар ластануының салыстырмалы сараптау нəтижелерін кең аумақтардағы динамикасымен байланыстыру арқылы көптеген қажетті жұмыстарды жүргізуде.
XX ғасырдағы техногенез белсенділігі топырақтың өндірістік тастандылармен, металл жəне басқа химиялық элементтермен қарқынды əрі ауқымды ластануларына əкеп соқты. Топырақтанудағы экологиялық бағыт туралы алғашында И. П. Герасимовтың, Л. И. Просоловтың, Я. Н. Афанасьевтің еңбектерінде айтылған. Бұл жұмыстарда топырақ экологиясына кіріспе берілген. Дегенмен топырақ экологиясы ғылыми негізге Г. В. Добровольский мен В. Д. Никитиннің (1990) еңбектерінде қойылды. Топырақтың экологиялық функциялары: литосфералық, гидросфералық, атмосфералық жəне биосфералық функциялары жарияланып, оның маңызы зор екені көрсетілді. Осы авторлардың тұжырымдауы бойынша литосфералық функцияларына литосфераның беткі қабатының биохимиялық қайта өзгеруі, минералдар мен пайдалы қазба жыныстары қалыптасуына қажетті заттар көзі, жинақталған күн радиациясын литосфераның терең қабаттарына беру, литосфераны күшті эрозияға ұшыраудан сақтау жəне оның қалыпты дамуын қамтамасыз ету жатады.
Топырақтың гидросфералық функцияларына жер беті суларын қабатастар суларына тасымалдау, өзен ағысының қалыптасуына қатысу, топырақ қосындыларының қатысуымен болатын суайдындарының биоөнімділігін қалыптастыру жатады. Топырақтың атмосфералық функциялары күн радиациясын сіңіру мен шағылыстыру, атмосфераның ылғал айналымын реттеу, микроорганизмдер мен атмосфераға келетін қатты заттардың көзі болуы, кейбір газдарды ғарыштық кеңістікке кетуден сақтау жəне сіңіру, атмосфераның газдық режимін реттеу. Топырақтың биосфералық функциялары мыналар: тіршілік ортасы, құрлық организмдері үшін энергия мен заттардың жинақтаушысы əрі көзі, биологиялық жəне геологиялық айналымның келесі деңгейі, биосфераның қорғаныш тосқауылы, биологиялық эволюция факторы. В. Д. Никитин еңбегінің маңызы Жер геосфераларының экологиялық функцияларын зат айналымы мен энергия ағымы арқылы анықтауы мен сипаттауында.
Н. А. Ясаманов «Геоэкология негіздері» (2003) атты оқу құралында экологияның географиялық жəне геологиялық бағыттарын – геоэкология мен геологиялық экологияны зерттеу нысандары көбінесе сəйкес болғандықтан оларды «татуластыруға» тырысады. Дегенмен ол: «Экологиялық мəселелермен биологиялық, топырақтану, географиялық жəне геологиялық ғылымдар жүйесі қарқынды түрде айналысады...Экологиялық ұстанымдар мен əдістемелік тəсілдер географиялық ғылымдар жүйесінде кеңінен қолданылады. Геоэкология кез келген деңгейдегі географиялық нысандар мен оларды қоршаған орта арасындағы байланыстарды анықтаумен жəне зерттеумен айналысады.