从19世纪开始，一些工业国家逐渐开展系统的地质调查和填图、矿产资源的寻找及开发利用促进了地球化学的萌芽。1838年，德国舍恩拜因首先提出“地球化学”这个名词。19世纪中叶以后，分析化学中的重量分析、容量分析逐渐完善；化学元素周期律的发现以及原子结构理论的重大突破，为地球化学的形成奠定了基础。
1908年，美国克拉克发表《地球化学资料》一书。挪威戈尔德施密特在《元素的地球化学分布规则》中指出化学元素在地球上的分布，这使地球化学从主要研究地壳的化学纽成转向探讨化学元素在地球中分布的控制规律。
1927年他组织和领导了世界上第一个地球化学研究机构——生物地球化学实验室。
1907年美国化学家博尔特伍德发表了第一批化学铀-铅法年龄数据。30～40年代铀-钍-铅法、钾-氩法、钾-锶法、普通铅法、碳-14法等逐步发展完善，使同位素地质年代学初具规模。
在这个时期，中国在元素地球化学、同位素地质年代学方面也取得了一批重要成果，
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