既可看作如何进行地理研究的思路探讨与哲学总结，又可看作地理学所采用的研究方式、研究途径、研究方法的总和。其体系分成3个基本层次：①哲学方法；②一般科学方法，如基本逻辑方法、数学方法、系统方法、控制论方法等；③地理专门方法，如地理考察、剖面踏勘、地理定位观测等。在现代地理学中，系统分析方法、模拟仿真方法、系统综合方法、系统协调方法、宏观量子化方法等，把传统的因果法、比较法、溯源法、类推法等融合在一起，逐渐演化成新的地理方法论体系：把归纳法与演绎法结合起来；把表象描述与抽象思维结合起来；把结果的获得与检验结合起来；把输入的激励与输出的回授结合起来；把宏观把握与微观辨析结合起来……试图把地理学纳入一个更加理性的学科范畴之中。地理学采用的研究方法有：①调查、观测和描述、地图表述。调查和观察作为获得经验事实的方法，是自觉、能动地对处于自然状态的观察对象，如野外地理事物进行随机的或系统的调查观察。表述于文字即描述，是地理学的基本方法之一。一些地理学者认为地理学仍需确定性的解释性描述。地图表现方法或地图语言，是地理学有别于其他大多数学科的独立的、在许多方面优于文字描述的表达方式。自20世纪50年代以来，观察与分析技术有很大进步，如大比例尺地图、航空摄影采集地理资料、雷达和红外成象技术、电子计算机、卫星图象等；②比较与分类。为鉴别区分地理事物和现象的统一性和差异性，对观测、调查与实验的结果进行定性定量分析。在部门地理学中，诸多研究是借助于比较方法进行的。比较地理学以区域比较为基础，至今有些地理学家仍认为它所揭示的区域差异是地理学研究的基础；③类比、归纳与演绎。是地理学中广泛采用的逻辑思维和逻辑推理方法。类比推论是提出科学假设的重要途径，但结论需实践检验。归纳法在近代地理学中普遍应用于判明因果联系。它从一般原理推演出个别结论的演绎思维方法和推理形式亦为地理学常用方法之一。赫特纳认为只有运用归纳和演绎两种方法认识才是可靠的。由类比提出新的思想，经过演绎、归纳和实验验证而成为崭新的科学理论，是地理学常用的方法论手段。赫特纳强调指出：“如果没有演绎法、比较法以及解释的方法，地理学的研究是不可想象的”；④分析与综合。是地理学常用的最基本的逻辑思维方法，与上述方法密切联系，互相渗透，是加工、整理资料的基本方法，以揭示内在联系的规律性，在地理研究中起着积极作用。如早期的区域地理学，主要是描述性的，方法论上可认为是综合的；而普通（系统）地理学在方法论上则是分析的，甚至称为“分析地理学”。詹姆斯（p.e.james）将数学统计称为“新的分析方法”，可用来分析解决地理学中的因果关系和用于区域研究；⑤实验。近代地理学借助于仪器或建立定位或半定位的观测站，通过控制或模拟，以便在设定的条件下进行观测，获得经验事实。如建立实验站或实验室。这是从生产实践中分化出来的特殊实验形式。实验有定性、定量、对照、模拟等方式，有助于对地理现象的认识进行简化、纯化、强化与深化的作用。近年来提出的实验地理学方向使实验方法赋予了新的生命力；⑥横向科学。20世纪40年代开始崛起的控制论、信息论和系统论，为现代科学技术提供了崭新的思维方法和从整体上认识事物的系统科学方法。从上述“老三论”出发，已发展到耗散结构、协同论和突变论即“新三论”，都是横向科学。它们所研究的对象不是某种特殊的运动形式，而是各种物质运动形式中某个特定的共同方面，主要是结构、属性、功能和数量方面，横向延伸到各个领域。并把乍看起来很不相同的科学，如自然科学与社会科学，有机地沟通起来，在现代地理学研究中尤为明显。