纳米地球科学（Nanogeoscience）是研究与地质系统相关的纳米尺度现象的学科。该学科主要通过研究环境中大小在1至100纳米的纳米颗粒来获取信息。研究范围还包括至少一维为纳米尺度的材料（如：薄膜，受限流体）以及通过环境界面的能量、电子、质子和物质的传递。

由于人类活动（包括直接作用，如开垦荒地和荒漠化；和间接作用，如全球变暖），越来越多的粉尘进入到大气中，致使了解矿物尘埃对大气气相组分、云的形成条件以及全球平均辐射强度（即加热和冷却效应）的影响变得越来越重要。

海洋学家通常研究尺寸为0.2微米甚至更大的颗粒，这就意味着大量的纳米颗粒未进行考察，特别有关其形成机理。

尽管并未得到发展，几乎有关风化、土壤和水-岩石相互作用科学的所有方面（包括地球过程和生物过程）都与纳米科学有关。在近地表，物质通常通常以纳米状态产生或分解。进而言之，无论是有机分子，简单的或复杂的，还是土壤或岩石中的细菌以及整个植物界和动物界与矿物间的相互作用中，纳米维度和纳米尺寸过程每时每刻都在发生。

在陆地上，研究者探讨了纳米化矿物如何从土壤中捕集有毒物质（如：砷、铜和铅）。如何促进这一被称为土壤修复的过程是一件棘手的事情。

纳米地球科学处于发展的相对早期阶段。地球科学中纳米科学将来的方向包括确定海洋、陆地和大气中纳米粒子和纳米膜的特征、分布和常见化学性质；以及它们是如何以不同寻常的方式推动整个地球过程。

纳米地球科学探讨土壤、水生系统和大气中纳米颗粒的结构、性质和行为。纳米颗粒的一个重要特征为纳米颗粒稳定性和反应性的尺寸相关性。它是由小颗粒尺寸时纳米颗粒的大比表面和表面原子结构不同所引起的。通常，纳米颗粒的表面能与其颗粒尺寸成反比。对于具有两种甚至更多结构的材料，尺寸相关的自由能将导致特定尺寸下的相稳定性转变。自由能降低促进晶体（通过原子堆积或取向附生）生长，而尺寸增加时相对相稳定性的变化又将再次引起相变。这些过程对天然系统中纳米颗粒的反应性和迁移性都将造成影响。

已经明确识别的纳米颗粒尺寸相关现象包括：

这些尺寸相关性质凸显出颗粒尺寸在纳米颗粒稳定性和反应性中的重要性。