自然地理学研究地球表层整体及其组成要素的空间联系和地域分异规律。通过研究能量和物质的迁移转换以及人对环境的塑造，解释地球表层的地域结构形式、功能关系及动态过程。自然地理学的研究增进人类对其家园的认识，从而更为合理地开发利用自然资源、更有效地治理和保护自然环境。根据研究对象，自然地理学可分为综合自然地理学、部门自然地理学和专门自然地理学。中国科学院地理科学与资源研究所自然地理学学科门类较为齐全，特别是部门自然地理学和综合自然地理学。

综合自然地理学：从地表能量转换、物质迁移以及人类活动与自然环境之间相互作用等方面，综合研究地理环境的特点、形成、演化及地域分异。其中，自然地域系统和自然区划、土地利用/土地覆被的环境效应、地表生命元素迁移等，是我所在这一学科分支上的重点研究方向。

部门自然地理学：以地理环境的组成要素如地貌、气候、水文、生物、土壤等为研究对象。我所在部门自然地理学中的地貌学、气候学、水文学、生物地理学及土壤地理学方面，有雄厚的师资力量。流水地貌、环境变迁、流域水文、植物地理及土壤地形体等，是我所在这一学科分支上的重点研究方向。

中国科学院地理科学与资源研究所的自然地理学，强调综合、交叉、应用和区域研究：（1）从地理要素相互联系的角度研究自然地理现象。如所内的中国科学院“陆地水循环及地表过程重点实验室”，以水为纽带，通过试验观测、室内模拟、数学模型等手段，综合研究流域的地貌、水及植被间的相互作用；（2）通过多学科交叉，开辟新的研究领域。如环境地理、地方病和医学地理等方向；（3）始终联系社会需求。如土地资源可持续利用、土壤污染治理等研究方向；（4）重视自然地理学研究在具体区域的实践和区域自然地理知识积累。除全国的研究外，对黄淮海平原、黄河流域、黄土高原、青藏高原、西北干旱区、南方山地等区域，有较为深厚的数据和知识积累。