פני כדור הארץ והשכבות שמתחתיהם מעוצבים בידי תהליכים כימיים המתרחשים בתוך קרקעות, סלעים, מי תהום ומים עיליים. תהליכים אלה קובעים כיצד חומרי הזנה ויסודות משתלבים במחזורים השונים בכדור הארץ, שולטים בהרכב הכימי של המים ומקשרים בין הקרקעות והסלעים ובין המערכות האקולוגיות, האוקיינוסים והאטמוספרה. הגיאוכימיה ומדעי הסביבה מבקשים להבין את העקרונות שבבסיס התהליכים האלה ולעקוב אחר האופן שבו החומר נע ומשנה את צורתו בעודו חוצה מערכות גיאולוגיות והידרולוגיות הקשורות זו בזו. הבנה כזו, מעבר לתרומתה למדע הבסיסי, היא חיונית להתמודדות עם אתגרים סביבתיים דוחקים, ובהם שינויי האקלים, החמצת האוקיינוסים, המלחת מי התהום, נדידת מזהמים והצורך באספקה בת-קיימא של מים מתוקים.