Das GFZ hat vielfältige Arbeitsbereiche zur Erforschung des Systems Erde. Mit den Untersuchungen von Geosphäre, Atmosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre, Biosphäre und Anthroposphäre reichen sie vom Erdkern bis zum Weltall.
Durch die Beteiligung des GFZ an mehreren Satellitenmissionen gemeinsam mit ESA und NASA (Mission GRACE FO), ist es z.B. gelungen, durch den Nachweis der unterschiedlichen Massengravitation von Wasser und Boden, mit der Potsdamer Schwerekartoffel ein Referenzmodell für den uneinheitlichen Anstieg des Meeresspiegels von bis zu 200m zu entwickeln.
Das Erdschwerefeld, das Erdmagnetfeld mit der rätselhaften Multipolsituation und der Kontinentaldrift durch Plattentektonik bilden weitere Arbeitsschwerpunkte.
Auch die sog. Georisiken (Erd- und Seebeben, Vulkanismus, Hangrutschungen und Tsunamis) werden erforscht.