水成论与火成论的论争
地质学史上曾有水成论与火成论两种论点的水火不溶。水成论者认为水对地表的改变起决定作用。纪元前，古罗马人曾经指出尼罗河两岸周期性地被洪水淹没，尼罗河在三角洲不断增大。另外，陆地上存在海相介壳动物化石等事实。火成认为“地下热火”是形成地质现象的主要动力，地球核心是熔融的液态。由于意大利西海岸火山岩带的强烈活动，古罗马人相信有一位主管火和锻冶的神，称“沃尔坎”（Vulcan）。火山（Volcano），火山学（Volcanology）等词即来自意大利语的“Vulcan”。
在教会统治的中世纪，“圣经”是唯一的真理。“圣经”里说有诺亚的大洪水，水成说在很长一段时期里成为不可推翻的信条。
火成论始于18世纪中叶的法国。1746年，盖塔尔送给巴黎科学院有关矿带和岩石分布的记录。他发现了地层的连续性和空间分布的规律性，并据之绘出法国的地质图。显然，岩石只有形成在水中才具有连续性和分带性，对奥费涅火山的玄武岩，他也认为是水溶液的结晶作用形成的。1765年，迪马雷送给巴黎科学院奥费涅的地质图，指出玄武岩是附近的火山里流出来的，柱状节理是玄武岩曾处于熔融状态的证明。
在水成说方面成就最大的是魏尔纳。1775年起他担任德国费顿堡矿山学校的教授，以出色的教学吸引了大量青年学生。他认为自原始海洋开始到诺亚洪水结束，水的力量营造了一切地质系统，自原始海洋到现在，水面在不断地下降，原始岩石露出水面后开始发生风化、堆积而形成新地层。他的口头禅是“百闻不如一见”。他的学生，如达步松（1804年）和布赫（1809年），在实地考察了玄武岩和花岗岩之后，都发表了与魏尔纳水成说不同的观点。
赫顿在这个问题上与魏尔纳的观点截然不同。这位苏格兰天才的主要考察区是加里东造山带的典型露头区苏格兰高地，那里有花岗岩和矿脉。他分析地层的固化和海洋上升为陆地是地热的作用，火山活动是释放地下能量的出口，有点像瓦特的蒸汽机（当时瓦特正在进行这方面的试验）。他的地质理论长期被说成火成论，其实他本人并不认为所有的岩石都是火成的。他对不整合面的发现和解释为18世纪的地质学增添了光彩的一笔。
水成论与火成论的战争在19世纪初达到高潮。由于赫顿学说的发展，一系列新的地质事实证实了赫顿阐述的观点，火成论者终于取得了胜利。
莱伊尔的地球观
历史上总有一种巧合，如同1642年伽俐略逝世的同年牛顿诞生，后者使前者的力学得到发展那样，1797年伟大的赫顿逝世，同年莱伊尔诞生并进一步发展了前者的业绩。这也说明莱伊尔在地质科学形成方面的成就。
莱伊尔的地球观集中体现在《地质学原理》一书中（1830年1月出版第1卷，次年出版第2卷，1833年5月出版第3卷）。他怀着坚定的信念，不依赖圣经上的词句，努力用现在还继续起作用的自然营力去解释过去的地质现象。也就是说，要了解地球的历史，用不着求助超自然的力和灾变，因为通常看来是“微弱”的地质作用力（大气圈降水、风、河流、潮汐等），在漫长的地质历史中慢慢起作用，就能够使地球的面貌发生很大的变化。他承认陆地的升降运动，把意大利塞拉比寺院的三根石柱（它们曾部分被海水淹没）作为《地质学原理》的刊头画，并指出斯德哥尔摩附近海面以上200尺的海生动物的贝壳证明陆地的上升。他反对信相对短时间内的激烈变动，用了几十页的篇幅反对德博蒙的造山运动。
莱伊尔重申“现在是认识过去的钥匙”，主张地史时期的事件不管在量的方面还是质的方面都与现在相同。这一思想被发展为“将今论古”的现实主义原理。他以居维叶的突变论（曾译灾变论）为讨伐目标，树起了均变论（曾译渐变论）的旗帜。在莱伊尔逐步取代了居维叶之后，均变论在长达近1个世纪的时间里成为地质学的信条，18世纪60年代以前的地质学教科书，几乎异口同声地说“莱伊尔用均变论统一解释了地质现象，建立了科学的地质学”，只有恩格斯眼光独到，在当时就指出了他的致命弊病。
18世纪末19世纪初的欧洲，不同的社会环境培养了三个迥然不同的地质大师。随着工业革命的胜利完成，英国平稳地过渡到资本主义社会；莱伊尔出身于经济条件优裕的大地主阶层，所以不希望变革。他足迹遍及欧美大陆，仔细考察和记录各种现象；他使用的键子小巧精美，很难与打石头采样联系起来。与史密斯在开凿运河、赫顿在经营农场和工场中积累大量的实践经验而上升为科学家不同，莱伊尔属于贵族绅士式的科学家。至1875年莱伊尔去世，“原理”的第一版和第十一版的结论几乎完全相同，说明45年里他的学术思想几乎没有向前迈步，是对他“均变论”的绝妙注释。法国当时正处于大革命的暴风急雨中（只要读一些雨果的名着就可知道），造就了居维叶这样一个突变论者。德国当时的经济和科学水平都较英、法落后，为魏尔纳的静止的地质学提供了讲坛。
居维叶的突变论
居维叶在考察巴黎盆地的白垩纪和新生代地层时，发现不同的堆积有不同的化学性质、层理类型和化石。在1811年和1812年出版的两本关于化石的着体研究中，他这样写道：“这些动物的死去和冰河对那里的袭击，是瞬时发生的事。这种变化是突然的、激烈的。”“由于未知的原因而发生的突然爆炸的作用使之（指生物）死亡，在下一个阶段新的生物已被创造出来”。由于居维叶在自己的生命历程中没有经历岩石记录中的那种相对大的变化，他认为过去发生的事情与今天是很不相同的。
这种迥然不同的见解被称为突变论（曾译灾变论）。居维叶关于地球变革的思想使法国的地质学在欧洲处于领先一步的地位（史密斯绘成了英格兰和威尔土的地质图却从未想过生物灭绝和进化问题），开创了地质学的一个英雄时代。这一思想也影响了构造地质学，如德博蒙1845年论文中关于阿尔卑斯山脉的成因。
当莱伊尔的均变论逐渐被接受后，居维叶的突变论被看作神秘主义和唯心主义的东西。但均变论与突变论的争战并未结束。1963年，德国古生物学家辛特沃夫发展题为“新突变论”的文章，重点论战之火。
辛特沃夫强调：地史期间的生物多次大规模的灭绝是不可辩驳的事实，有机群落的接替是幕式的而不是连续的，地球的任何一部分的历史就像士兵的生活，“由长期的百无聊赖和短暂的惊心动魄反复地交替构成”。与前人不同的是：他对这些全球现象提出了一个宇宙原因的假设，例如幕状的高能宇宙辐射的辐射源。这是首次从地外去探寻地球上生物灭绝的原因。不过，他假设的对地球生物造成致命效果的高能宇宙辐射的辐射源，如超新星爆炸及超紫外幅射等，没有得到科学事实的支持。
撞击坑和铱异常的发现使辛特沃夫的“宇宙原因的假设”得以证实并转变为地外物体撞击说，从而使居维叶的突变论东山再起。
新突变论引入一个新思路到地质学研究中：无机界的演化与有机界的演化可能不同步。如果从地球自身去寻找生物灭绝的原因，势必把生物群的变化归因于地壳运动及其造成的环境变化。事实上，岩石圈运动是以块体间的离散和碰撞-拼合为主线来区分构造旋回的；生物的进化，新的更高等的物种类型的出现，是地外物体撞击引起的大气圈、水圈、生物圈等变化的综合结果。因为地外物体的撞击是快速的、短暂的，旧物种的灭绝和新物种的出现必然是突变的，爆发式的。
地外物体撞击
地外物体撞击说起源于撞击坑和铱异常的研究而提出来的。
早在原始的天文望远镜时代曾经观察到月球表面布满大小不一的环形坑，并认为是流星撞击的结果。人造卫星上天后的首要发现是类地行星及其表面“伤痕累累”，如金星表面分散着160个撞击坑，最大者直径超过150千米。对天王星及其卫星的调查得到了相同的结果，其中间的大卫星米兰达的表面已被撞击破坏和再生过多次。1969年，“阿波罗Ⅱ号”发回了从24万英里外看到的地球照片，太阳系家族中普通的一个蓝-白色小球，难道它的命运会与人不同吗？
地球上最早是在亚利桑那州发现的撞击坑，高速撞击体（撞击时的速度为每秒4.27千米）到达地表时发生爆炸，形成撞击坑和显微球粒，撞击坑内异常高的压力和温度下形成柯石英、超石英、焦石英等矿物。至1994年，已确认了139处撞击坑（或撞击构造），遍布南极洲以外的各大陆。最大的坑在南非，直径70千米，次为津巴布韦，直径20千米，它们都是单坑。阿拉伯大沙漠中的瓦坝是2个坑，阿根廷北部西埃洛是9个坑，锡霍特－阿林则有200多个坑。另有数量巨大的隐爆构造，科学界普遍认为与撞击有关，如德国南部第三纪的莱斯盆地。
最早时奥费雷兹领导的研究小组发现地球上的铱异常。1980年，该小组基于意大利古比奥海相白垩-第三系界线黏土层中的铱异常和显微球，提出因小行星的撞击和爆炸造成地球的一个黑暗时期（“核冬天效应”）并导致食草恐龙灭绝，引起了强烈的反响和广泛的关注。全球各地都开展了类似的研究，4年后报道的界线铱异常已达70余处。来自全球各地（包括深海钻探）的研究无例外地表明界线的粘土层（不管是海相还是陆相）中有铱异常。之后，对显生宇每两个系之间（或其附近）的粘土层，尤其是生物面貌有重大变异的界线的黏土层，均开展了类似的工作。除三叠-侏罗系界线外，其他界线都有铱异常显示（只是不像白垩-第三系界线那样强烈）。因为地壳中的铱含量极低，其异常只能解释成地外物体带来的。
1987年，奥费雷兹着文系统论述了小行星的撞击-爆炸引起白垩纪末恐龙和其他生物灭绝的思想。由于生物灭绝和进化一直是突变论与渐变论的论战焦点，奥氏学说使沉寂近1个世纪的突变论再现辉煌。如果说，居维叶曾开创过地质学的一个英雄时代的话，奥费雷兹和肖梅克（他们不是地质学家）开创了地质学的又一个英雄时代，这个时代是以地质学已成长为一门行星-地球系统的综合科学为标志的。