古人从局限环境的观察，曾形成“天圆如张盖，地方如棋局”的天圆地方说。在逐渐认识到月球不发射可见光，月食是由于月球走进地球影子才产生的之后，这成为地球是球形的一个有力证据。1300多年前，隋朝的刘焯提出，测量同一子午线上南北（不同纬度的）两地的日影长度来推算地球的圆周和半径，可惜没有被隋炀帝采纳。直到唐开元十二年（公元725年），南宫说才作了这种测量。当然，从现代人造卫星等航天器上能更清楚地看到地球的球形全貌，太空飞船上的宇航员看到最美丽的天体就是地球：大气中飘动着白云、辽阔的蓝色海洋、广阔的起伏大陆一目了然。经过长期考察研究，现在已建立了地球科学的一系列学科（地质学、地理学、气象学、地球物理学、地球化学等），内容繁多，这里仅概述跟日食有关的一些知识。
天文学乃至广泛的科学技术基准都跟地球有密切联系。长度单位米最初就规定为通过巴黎子午线全长的1／40000000。时间单位的平太阳日或1天（1昼夜）是以地球相对于太阳的自转为基准来计量的。1平太阳日的1／86400为1秒。现代的国际单位制（SI）采用更准确的原子钟标准，进而测定地球自转变化。
地球在椭圆轨道上绕太阳公转，通常说的地球与太阳的平均距离实际上就是椭圆轨道的半长径，其值为1.4959787亿千米，取作一种基本的量天尺单位——“天文单位”，地球轨道椭圆的偏心率（0.0167）很小，不容易在图上显示，但如前面所述，太阳与地球的实际距离变化仍是相当可观的，我们从地球上看到“日轮”的视（角）直径有明显变化；而且，地球的轨道运动速度以及从地球上看到太阳相对于恒星背景“天球”的视运动也是不均匀的，经过近日点附近时（每年1月初）速度大些，而经过远日点附近时（每年7月初）速度小些。地球绕太阳公转一圈需365.2422天，称为“回归年”。需要指出的是，通常说的“地球自转一圈就是一天”这句话是不确切的。天文学上，把地球相对于恒星背景“天球”自转一圈的时间称为“恒星日”，1“平太阳日”（一天）比1“恒星日”约多3分56秒（平太阳时间）。或者换个说法：1回归年=365.2422平太阳日=366.2422恒星日。实际上，地球的公转轨道和自转以及“黄（道面）-赤（道面）交角”都有较小而又很复杂的变化。
地球可分为固体地球、水圈、大气圈三大部分。此外，地球还有生物圈。虽然水圈和大气圈所占总质量的比率很小，但它们是生物生存必需的主要环境条件，而生物也对水圈和大气圈的演化有重要影响。
固体地球是地球的主体，包括地表（大陆和洋底表面）以下的地球各部分，占地球总质量5.9737×1024千克（即59.37万亿亿吨）的99.9％以上。通常说，地球的平均半径6371千米就是指固体地球而言的。实际上，固体地球更近似于椭球，赤道区约高7千米，两极区约低14千米，还有高山和海沟等地形。
地震波资料提供地球内部结构的信息。综合全球地震资料和理论研究，地球内部有3大圈层：地核、地幔、地壳。地核又分固态内核（0-1221.5千米）和液态外核（1221.5～3480千米）。地幔分为下幔（3630～5701千米）和上幔（5701～6346.6千米）。地壳平均厚度为33千米，各处厚度不均匀，海洋地壳平均厚度约7（4-15）千米，而大陆地壳平均厚度为36（30～80）千米。地壳和地幔顶部（半径6291千米以上）由刚性岩石组成，一起称为岩石圈，厚度约60-120千米。岩石圈下面是软流圈。
从放射元素分析得出，地球约在46亿年前形成。由于经受了外来小天体的陨击、火山活动和板块构造等地质过程，已发生“沧海桑田”的严重演化，地球表面积的98％是后半期形成的，90％是近6亿年内形成的，最早期8亿～10亿年的遗迹已丧失殆尽，很难从地球自身研究得到它的完整演化史。
水圈是地表水体的总称，包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川和地下水。其中主要是辽阔的海洋，占地球表面积的70.8％，平均深度3900米。水圈总质量为1.45×1021千克，约为地球总质量的1／4000。
大气圈是地球的外围气体层，广延到行星际，地球大气主要集中于近地表的低层，外层大气极稀疏。大气圈总质量为5.136×10118千克，约占地球总质量的1／1000000。地球大气的温度和成分等性质主要随高度变化（垂直分布），也有随纬度或区域以及随时间的变化。根据大气温度的垂直分布，常把大气分为4个圈层：对流层、平流层、中层、热层。热层以上的外大气层气体极其稀疏（107分子／厘米3，而海面1019分子／厘米3），甚至延展到60000千米，主要是氢和氦，受太阳的Lα（波长121.6纳米）辐射激发而有微弱辐射，称为地冕。按气体混合状况，以高度85千米为界，分为下面的均质层与kN的非均质层。据气体电离程度，地球大气分为2层：以高度70千米为界，下为中性层，上为电离层。高层大气被太阳X射线离解为离子和电子而形成电离层，按电子密度的垂直分布分为D，E，F1，F2层，依次反射长波、中波到短波的无线电信号。只有频率30兆赫以上的超短波和微波才可以穿过电离层而用于宇航通讯及天体射电观测。
由于地球大气有选择性地吸收天体辐射，只透过某些波段的天体辐射而到达地面，因此，地面观测到的只是通过大气“窗口”波段的天体辐射，而观测天体在其他波段的辐射则必须到高空和太空进行。
我国古代发明了指南针（磁针）来确定方向，认识到地球是个大磁体。地球磁场（简称地磁）大致像条形磁石周围那样的偶极磁场，现在的磁轴与自转轴的交角为11.5°，且磁场对称中心偏离地心南约460千米，南、北磁极的磁场强度为0.68和0.61高斯（1高斯=1014特），磁赤道的磁场强度H0=0.31高斯。地球总体磁性常用磁矩μ表示，它跟行星半径R和H0的关系为μ=H0R3=7.906×1010·高斯·千米3。地磁的主要部分是基本磁场，产生于地球内部。太阳风带电粒子流跟地球磁场相互作用，在地球周围形成带电粒子包围的地球磁场控制区域称为磁层。太阳风的动压把地球磁力线往背太阳方向推斥，使磁层形成复杂结构。地球磁场和磁层随地球自转，带电粒子流与磁场相对运动而形成大的电流体系，成为地球外部磁场的源，太阳活动剧烈时，强太阳风扰动磁层电流系统而造成地磁扰动。沿磁力线沉降的高能带电粒子（主要是电子）激发大气原子和分子发光而形成美丽的“极光”。地球磁场捕获的大量带电粒子所在区域称为“辐射带”，这是先由理论预言，范艾伦（Von Allen）在1958年用卫星上的仪器发现，故又称为范艾伦带，那里的很强辐射会危害航天器极其携带的仪器和宇航员。