La géologie est la science qui traite de la composition, de la structure, de l'histoire et de l'évolution des couches internes et externes de la Terre, et des processus qui la façonnent.
Certains des phénomènes géologiques les plus visibles intéressent l'humanité depuis longtemps, tremblements de terre, volcans et érosion. La première trace d'un tel intérêt est une peinture murale montrant une éruption volcanique au Néolithique, à Çatal Hüyük (Turquie) et datant du millénaire avant l'ère commune. L'Antiquité se préoccupe peu de géologie, et lorsqu'elle s'en préoccupe ses écrits n'ont pas d'influence directe sur la fondation de la géologie moderne, l'érosion et le transport fluvial des sédiments est pourtant connu des Grecs anciens. La notion de couche n'apparaît explicitement que brièvement pendant la période arabe classique et de façon plus poussée en Chine, mais ces apports n'influencent pas non plus la naissance de la géologie moderne. La même situation perdure durant le Moyen Âge et la Renaissance, aucun paradigme n'émerge, les érudits restent divisés sur l'importante question de l'origine des fossiles. vignette|Carte géologique de la Grande-Bretagne par William Smith (1815). La naissance de la géologie moderne est difficile à dater. Descartes est le premier à publier une théorie de la Terre dans la quatrième partie des Principia philosophiae (1644). Nicolas Sténon en 1669 publie un ouvrage de 76 pages décrivant les principes fondamentaux de la stratigraphie. En 1721, Henri Gautier, inspecteur des ponts et chaussées, publie Nouvelles conjectures sur le globe de la terre, où l'on fait voir de quelle manière la terre se détruit journellement, pour pouvoir changer à l'avenir de figure... James Hutton publie en 1795 Theory of the Earth, with Proofs and Illustrations. William Smith, Georges Cuvier et Alexandre Brongniart fondent la biostratigraphie dans les années 1800. Charles Lyell écrit les Principes de géologie vers 1830. Dans les années 1750 la géologie n'est pas encore fondée en tant que science, mais dans les années 1830 elle est définitivement établie et possède ses propres sociétés savantes et publications scientifiques.
Géologie pré-scientifique Les gréco-romains Plusieurs théories, où se mêlent croyances religieuses et observations, naissent à cette époque, en Grèce puis dans l'Empire romain, en Inde antique, en Chine. La minéralogie et le volcanisme n'ont pour les anciens aucun rapport. Chez les grecs, la géologie n'est pas une science séparée comme l'astronomie mais fait partie de la géographie, ce que Karl Alfred von Zittel résume par un laconique « Il n'y a pas de géologie antique »Karl Alfred von Zittel, Geschichte der Geologie und Palaeontologie bis Ende des 19 Jahrhunderts. Pourtant quelques intuitions correctes existent, parfois correctement étayées, ou tout au moins rationnellement étayées.
Les auteurs anciens décrivent un monde éternel, traversant des cycles indéfinis, sans parvenir à établir une véritable histoire. Aristote dans son traité Météorologiques conçoit une perpétuelle transmutation entre les éléments : la terre et l'air se transforment en eau qui alimente les sources et les rivières (principe de ce qui sera appelé le cycle de l'eau). Il développe la théorie des exhalaisons attribuée à Héraclite. Les exhalaisons sont des espèces d'évaporation sous l'action du soleil. Si elles sont congelées dans la terre, elles produisent les métaux (exhalaison humide qui provient de l'humidité de la terre) ou les roches non-métalliques (exhalaison sèche qui vient de la terre elle-même). Il considère que les continents peuvent devenir mers et vice-versa et surtout que l'enchaînement de petites causes sur de longues périodes peut produire de grands effetspp. 17-18. La mauvaise interprétation de la présence de fossiles, par Théophraste, un disciple d'Aristote, reste communément admise jusqu'à la révolution scientifique du . L'œuvre de ce savant grec ancien, traduite en latin et dans d'autres langues, sert de référence pendant près de deux mille ans.
Straton de Lampsaque effectue une analyse des phénomènes d'érosion et de transport fluviaux des sédiments dans les estuairesp. 22. Plus notable encore d'un point de vue méthodologique est l'existence de vrais débats, à une Terre ayant existé de toute éternité, l'argument de l'érosion est opposé « si la Terre n'avait pas eu de commencement [...] tous les monts eussent été aplanis au même niveau, toutes les collines eussent été ramenées au même niveau que les plaines », Zénon de Citonp. 30.
Strabon dans sa Géographie, livre XII, chap. 2, 4 parle de correspondance des « saillants et rentrants en parfaite opposition » dans un canyon au fond duquel coule une rivière, par saillants et rentrants il désigne les couches découpées par la rivière mais sans inclure la notion de couche. Dans le même passage il reconnaît l'existence du transport de limon par les rivières et l'avancée des terres qui peut en résulter à leurs estuairesp. 40. Strabon réfute aussi la théorie d'Ératosthène qui explique la présence des fossiles par un niveau plus élevé de la Méditerranée qui existait lorsque le détroit de Gibraltar était fermé dans un passé mythiquep. 16. Strabon, lui, invoque une cause actuelle et observable, les tremblements de terre, pour expliquer l'élévation des fonds marins qui conduisent à la présence de fossiles dans des lieux élevés. Cette introduction de cause observable pour expliquer des phénomènes antérieurs est une des innovations grecques, toutefois les Grecs, sans l'expliquer, considèrent que ces causes ont pu se produire d'une manière plus violente dans le passé : pour eux l'observation d'un tremblement de terre conduisant à la surrection d'une île valide implicitement l'existence de séisme bien plus violent pouvant surélever des zones beaucoup plus vastespp. 17-18. Cette avancée des Grecs est différente du principe de l'actualisme découvert au .
La géologie antique n'est donc pas inexistante, mais les erreurs y sont nombreuses, en partie ajoutées par des compilateurs comme Pline l'Ancien, auteur d'une œuvre d'une qualité très inégalepp. 341-342, en partie durant le Moyen Âge. Ces erreurs et l'utilisation des textes des Gréco-Romains durant le Moyen Âge comme argument d'autorité lui donnent une réputation sulfureuse ; la géologie moderne du n'hérite pas directement de la géologie antiquepp. 63-69.
Les Pères de l'Église Les Pères de l'Église se consacrent avant tout à la défense de la foi chrétienne : s'ils parlent de géologie, c'est dans l'optique de corroborer la Bible. Plusieurs d'entre eux, Tertullien, Eusèbe de Césarée..., reconnaissent les fossiles de coquillages et de poissons comme étant des animaux pétrifiés et en concluent la véracité du Déluge. Les quelques apports des Gréco-Romains sont modifiés pour les faire correspondre à la Bible, toute idée de temps géologique long est abandonnée par Isidore de Séville, mais l'application de la création du monde en six jours à la géologie ne devient influente qu'au pp. 73-76.
La Chine thumb|Réplique du sismographe de Zhang Heng, le Houfeng Didong Yi Les fossiles sont connus en Chine dès le mais ils ne sont pas toujours correctement identifiés aux espèces modernes, les restes d'un mollusque sont pris pour des ailes d'oiseau, des veines dans des roches sont confondus avec des fossilesp. 241. L'érudit Shen Kuo (1031-1095) observe des fossiles dans les différentes couches géologiques de la montagne T'ai-hang Shan et en déduit que l'érosion et le dépôt de limon remodèlent les terrains et que ces montagnes furent à un moment situées au niveau de la merNeedham, volume 3 pp. 603–604.. Shen Kuo pense également que les plantes fossiles sont des preuves de changements graduels intervenus dans le climat.
La Chine étant fréquemment frappée par des tremblements de terre, la sismologie est étudiée, sans qu'une théorie concernant leurs causes soit émise. L'apport principal est technologique avec l'invention du premier sismographe. Il est composé d'une masse pesante en équilibre dans une jarre : l'appareil est capable d'indiquer la direction générale du séisme, plusieurs de ces appareils sont construitspp. 244-245.
Le travail des chinois ne sera connu en Europe que longtemps après l'éclosion de la géologie moderne.
La période arabe classique La période arabe classique est principalement influencée par les auteurs grecs, directement ou indirectement par la traduction du grec en syriaque ou par l'intermédiaire des Persesp. 414. Bien que des connexions avec la science chinoise soient connues dans certains domaines, son influence est faible, voire inexistante en géologie.
Les Rasâ'il al-Ikhwân al-Safâ' -- Les Épîtres des Frères de la pureté, contiennent une description complète d'un cycle géologique, l'érosion produit des sédiments transportés par les fleuves à la mer qui peu à peu se comble. Cette description est proche de celle d'Aristote mais plus détaillé et une nouvelle idée importante est apporté, la stratification des couches sédimentaires au fond des mers débouchant sur une tentative d'explication des orogenèses « [les mers] déposent ces sables, cette argile et ces cailloux dans son fond, couche sur couche [...] s'entassent les unes sur les autres et ainsi se forment au fond des mers des montagnes et des collines »p. 79. Les Frères de la pureté introduisent l'idée d'un dissymétrie dans la forme de la Terre, les mers et les terres sont deux sphères ayant des centres distinctes, les mers ne peuvent donc pas entièrement couvrir les terresp. 81.
Avicenne est plus influent que les Frères de la pureté, pourtant ses apports sont moins intéressant, de plus son texte est connu en occident à travers une traduction d'Alfred de Sareshel vers 1200 qui tronque le texte. Ce texte, De mineralibus, sera d'abord attribué à Aristote et est souvent utilisé au Moyen Âge par les alchimistes bien qu'Avicenne dans l'original la condamne. De mineralibus contient deux parties intéressant la géologie, De la congélation des pierres et De la cause des montagnes. Les fossiles y sont expliqués par l'inclusion d'animaux et végétaux convertis en pierre par une vertu pétrifiante des sols pierreux. La partie explicative du phénomène, les terres contenant des fossiles marins étaient autrefois immergés est manquante dans le texte latin. Avicenne explique les montagnes par deux causes, les tremblements de terre qui soulèvent le sol et dans une moindre mesure par l'érosion qui laisse les reliefs les plus durs intacts. Avicenne connaît aussi la stratification qu'il explique par des avancées et des retraits successifs des mers, chaque couche est dû à l'une de ces avancées. Cette portion du texte est elle aussi manquante dans la version latine de Sareshelpp. 81-84.
Le Moyen Âge européen Malgré une certaine censure de la part de l'Église le ton de la science du Moyen Âge est relativement libre, si les autorités religieuses penchent parfois vers le dogme avec l'interdiction de certaines des thèses d'Aristote vers 1210 révoqué en 1234 puis à nouveau condamné en 1277pp. 360-365, des penseurs considèrent que la science n'est pas incompatible avec la foi chrétienne. Cette science trouve son apogée dans la création des premières universités en occident et l'avènement de la scolastique. Des érudits comme Robert Grosseteste, Roger Bacon, Thomas d'Aquin ou Guillaume d'Ockham sont des scientifiquespp. 353-366. La condamnation de 1277 est la prémisse d'une séparation de la foi et de la science avec la doctrine de la double vérité, une concernant la foi et l'autre la raison, vérités pouvant être contradictoirespp. 359-366p. 91.