1. 构造变形与流变
构造变形与流变是行星/地球演化过程的重要记录，是认识和理解地球内部圈层结构与动力过程的重要观测内容。近年，基于经典构造地质学方法，结合岩石变形实验、数值模拟、以及自然岩石的P-T-t轨迹反演，提升了人们对地壳、地幔、乃至核幔边界岩石、物质流变方式-过程的理解，数值动力模型提供手段测试岩石流变机制到宏观构造乃至行星尺度变形的内在联系，同时在微观领域，新技术的引入（TEM/SEM/EBSD），为人们微观尺度定量观测岩石和晶体流变过程的晶体结晶学属性（晶界、相边界、相转换、晶体取向等）、晶体物理属性与微观动力过程提供了可能；从晶体-宏观构造变形-超宏观板块构造认识变形的动力与机理，从对纳米级矿物晶体结构与晶界链接/扩展属性与关系的认识演绎到对地球板块启动与离散-聚合机理的认识。造山带与地壳演化教育部重点实验室已经具备开展岩石纳米尺度结构-组构定量观测的能力，对“岩石变形-流变”微观定量研究方面有望获得突破，宏-微观尺度的观测研究也为岩石流变实验提供理论支持，并能通过数值模型来测试其对宏观板块变形的控制。该领域也具有重要的社会应用价值，为边坡失稳、岩石破裂、地应力观测与评价、地震诱发、地震复发等地质灾害提供基础信息。
2. 俯冲带演化与动力学
在现代板块构造体系下，大洋和大陆俯冲带是连接地球表层和地球深部的纽带，为我们了解地球动力学过程提供了重要线索。大洋初始俯冲带的形成、大洋俯冲到大陆俯冲/碰撞的转换过程、大洋和大陆俯冲过程中对大陆地壳的循环和再造方面的研究对于了解造山带形成、大陆生长的动力学机制以及深化板块构造理论等重大科学问题都具有重要意义。本学科领域以大洋俯冲带和大陆俯冲/碰撞带为研究对象，整合岩石学、高温地球化学、高温高压实验地球化学、数值模拟等方向的研究人员深入分析大洋俯冲到大陆碰撞的动力学转换及其高压超高压变质作用、流体活动、岩浆活动、壳幔相互作用等, 揭示大陆造山带形成及大陆地壳生长的动力学机制。
3. “深时”地球环境演化与生命过程
地质历史时期或“深时”(deep-time)地球环境及生物多样性演变，可为当前备受关注的地球环境变化、生物多样性保护等重大问题提供长时间尺度的对比依据，同时也可为赋存于地层中的各类矿产资源的勘探开发提供基础支撑。未来研究主要集中在地质历史中重要生物类群的起源和进化、生物多样性演变历史、生物大绝灭及其后复苏的特征和机制。融合地质学、生物学、环境科学等学科的新理论、新技术和新方法，揭示化石生物的更多生物学内涵。在高精度的时间格架下构建生物演化历史以及生物与环境变化之间的相互关系。地层学主要致力于全球地层层序的建立以及时序关系的确定，即地层系统的建立、地层的划分与对比，探讨“深时“地球丰富的地层学记录，研究生物演化与地球环境的相互作用。
4. 地球形成与演化的高温高压模拟
地球的形成与演化是在高温高压条件下进行的。运用化学、物理的基本原理和方法，使用高温高压实验技术、现代理论模拟方法和先进分析测试手段，研究地球物质（矿物、岩石、熔体和流体等）的物理-化学性质，定量地探讨它们的分异机制、迁移过程和富集规律，是研究地球（核-幔-壳-水-气）形成和演化的重要内容与有力工具。近年来，随着地球系统科学观念的建立、各种高温高压实验手段的完善以及诸多重要实验结果的获得，人类日益认识到，对地球深部物质在高温高压条件下的运行规律的认知，一方面是洞悉地球内部结构与性质、地球形成与演化过程不可缺失的一部分，另一方面可有效应用于解释地震成因、火山爆发、矿床形成等地质过程，具有重要社会意义。相关研究成果也可应用于探讨其它天体运行与演化。