นักธรณีศาสตร์ดำเนินการวิจัยภาคสนามและห้องปฏิบัติการอย่างกว้างขวางเพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับกระบวนการและปรากฏการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นบนและภายในโลก เขาหรือเธออาจเชี่ยวชาญในสาขาต่าง ๆ ของธรณีวิทยาและธรณีฟิสิกส์ นักธรณีวิทยาอาจทำการตรวจสอบหินตะกอนหรือฟอสซิลจากบางพื้นที่หรือศึกษาธรรมชาติทางธรณีวิทยาของภูเขาไฟธารน้ำแข็งมหาสมุทรและลักษณะทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์อื่น ๆ ผู้เชี่ยวชาญหลายคนทำการวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับพลังธรรมชาติและกระบวนการที่กำหนดรูปร่างของโลก นักธรณีวิทยาอาจทำงานกับมหาวิทยาลัยห้องปฏิบัติการวิจัยส่วนตัว บริษัท ปิโตรเลียม บริษัท วิศวกรรมหน่วยงานราชการหรือองค์กรด้านสิ่งแวดล้อมที่ไม่แสวงหากำไร
นักธรณีวิทยานักวิจัยมักใช้เวลาส่วนใหญ่ในการสำรวจและเก็บตัวอย่างแร่และตะกอนสำหรับการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ นักธรณีฟิสิกส์มักใช้อุปกรณ์ภาคสนามเป็นพิเศษในการทำนายและวัดปริมาณของสนามแม่เหล็กหรือการเกิดแผ่นดินไหวในพื้นที่ ผู้เชี่ยวชาญธรณีเคมีวิเคราะห์เนื้อหาทางเคมีของตัวอย่างหินเพื่อตรวจสอบว่ามีองค์ประกอบบางอย่างหรือมลพิษที่ไม่เป็นธรรมชาติ นักวิทยาศาสตร์ที่รู้จักกันในชื่อ Stratigraphers ศึกษาชั้นหินเพื่อกำหนดอายุโครงสร้างและการเปลี่ยนแปลงของโลก นักบรรพชีวินวิทยาเชี่ยวชาญในการรวบรวมและศึกษาซากดึกดำบรรพ์ซึ่งให้เปิดเผยข้อเท็จจริงเกี่ยวกับวิวัฒนาการและสภาพแวดล้อมของโลกในอดีต
นักธรณีวิทยามืออาชีพอาจเป็นผู้รับผิดชอบในการสำรวจที่ดินหรือก้นทะเลเพื่อกำหนดโครงสร้างและเนื้อหา นักธรณีวิทยาวิศวกรรมสำรวจสถานที่ก่อสร้างที่มีศักยภาพเพื่อยืนยันความเสถียร นักธรณีวิทยาปิโตรเลียมพยายามระบุตำแหน่งของแหล่งสำรองน้ำมันดิบเพื่อการขุดเจาะในอนาคต นักสมุทรศาสตร์ติดตามกระแสน้ำในมหาสมุทรตะกอนตะกอนและพื้นทะเลแพร่กระจายเพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับสาเหตุและผลกระทบของมัน
ผู้เชี่ยวชาญหลายคนทำงานให้กับหน่วยงานราชการและองค์กรที่ไม่แสวงหาผลกำไรส่งเสริมการอนุรักษ์และการศึกษา นักธรณีวิทยาอาจวิจัยผลกระทบของภาวะโลกร้อนสภาพอากาศและกิจกรรมของมนุษย์ในบางพื้นที่และทำงานเพื่อป้องกันความเสียหายต่อไป เขาหรือเธออาจมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการทำความสะอาดให้กล่าวสุนทรพจน์และสัมมนาเกี่ยวกับความสำคัญของการอนุรักษ์หรือเผยแพร่บทความและหนังสือในเรื่อง
ในการเป็นนักธรณีวิทยาในลักษณะพิเศษใด ๆ บุคคลโดยทั่วไปจะต้องมีอย่างน้อยปริญญาโท นายจ้างหลายคนชอบจ้างบุคคลที่มีวุฒิปริญญาเอกในสาขาเฉพาะทางธรณีวิทยาหรือธรณีฟิสิกส์ นักวิทยาศาสตร์หน้าใหม่ส่วนใหญ่จะเข้าร่วมทุนหลังจากสำเร็จการศึกษาซึ่งพวกเขาได้รับความรู้โดยตรงเกี่ยวกับเทคนิคการวิจัยที่แตกต่างกันโดยทำงานร่วมกับผู้เชี่ยวชาญที่มีประสบการณ์ หลังจากระยะเวลาหนึ่งถึงสองปีนักวิทยาศาสตร์อาจได้รับอนุญาตให้เริ่มทำการวิจัยอิสระ ในบางรัฐประเทศและนายจ้างกำหนดให้นักธรณีศาสตร์ต้องผ่านการตรวจสอบใบอนุญาตหากพวกเขาจะมีส่วนร่วมในงานวิศวกรรมและธรณีวิทยาสถาปัตยกรรม
