随着自然地理学的发展以及与许多自然科学发生联系，形成了众多的分支学科。按研究的特点，自然地理学可分为综合性的和部门性的两组分支学科。
综合性的分支学科
有综合自然地理学、区域自然地理学、古地理学和历史自然地理学等。
综合自然地理学是研究自然地理环境整体的综合特征的学科。
区域自然地理学是研究某一特定地区的自然地理要素之间的相互关系和自然地理环境的特征、结构、发展变化的学科，也是区域地理学的分支学科。
古地理学是研究和重建地质时期地球表面自然地理现象的学科。
历史自然地理学是研究近一万年来人类历史时期自然地理环境的变化及其规律的学科，也是历史地理学的分支学科。
另外，有普通自然地理学，它是研究自然地理环境的物质组成、结构特征形成和变化规律的学科，也有人认为它是综合自然地理学的分支学科。
部门性的分支学科
有地貌学、气候学、水文地理学，土壤地理学、生物地理学、冰川学、冻土学、化学地理学和医学地理学等。
地貌学、气候学、水文地理学、土壤地理学、生物地理学是在研究自然地理环境整体的基础上以自然地理环境的某一成分为研究对象，研究其组成、结构、动态及分布等特征和规律。它们的形成与某些自然科学有关，是自然地理学与相邻的其他科学的边缘学科。
地貌学又称地形学，是研究地球表面的形态特征、成因、分布及其演变规律的学科，是自然地理学与地质学的边缘学科。
气候学是研究气候特征、形成、分布和演变规律，以及气候与其他自然因子和人类活动的关系的学科，是自然地理学与大气科学的边缘学科。
水文地理学，研究地球表面各类水体的性质、形态特征变化与时程分配，以及分布规律的学科，是自然地理学与水文学的边缘学科。
土壤地理学是研究土壤与地理环境的关系的学科，是自然地理学与土壤学的边缘学科。
植物地理学是研究植被空间分布规律的学科，是自然地理学与植物学的边缘学科。
动物地理学是研究动物在地璋表面的分布及其生态地理规律的学科，是自然地理学与动物学的边缘学科。
以独特的自然综合体或自然地理环境的某一方面为研究对象的分支学科有：
冰川学是研究地球表面各种自然冰体的形成、特征、发育及其分布规律的学科。
冻土学是研究冻土的形成、特征、发育及其分布规律的学科。
化学地理学是研究地理环境的化学组成和化学元素的分布、迁移转化规律的学科，是自然地理学与化学的边缘学科。
医学地理学是研究人群疾病和健康状况的地理分布、与地理环境的关系，以及医疗保健机构和设施地域合理配置的学科。它既是地理学与医学的边缘学科，也是应用地理学的分支学科。
此外，还有环境地理学、海洋地理学、荒漠学、河流学、沼泽学等分支学科。
现代自然地理学不断加强定量分析、生态化和应用研究的同时，还注意吸收其他学科的新成就和研究方法，开始进行地理预测研究，并将更加重视全球环境问题。同时，自然地理学研究与人文地理学研究将越来越紧密的联系在一起。
人文地理学是研究地球表面人类各种社会经济活动的空间结构和变化，以及与地理环境的关系的学科，是地理学两个基本学科中的另一个。按研究对象可分为社会文化地理学、经济地理学、政治地理学、城市地理学等分支。
社会地理学即狭义的人文地理学，包括人种地理学、人口地理学、聚落地理学、社会地理学、文化地理学等。
经济地理学包括农业地理学、工业地理学、商业地理学、交通地理学，以及新近形成的旅游地理学等。
政治地理学包括狭义的政治地理学和军事地理学。
城市地理学层士聚落地理学的一部分，隶属于社会文化地理学，经过近20年的发展，它的研究对象和内容已经超出了聚落和社会文化的范围，成为人文地理学的一个独立分支。
历史地理学是研究人类历史时期的自然地理和人文地理环境及其变化规律的学科，这是地理学的一个年轻的分支学科。
区域地理学是研究地球表面某一区域地理环境的形成、结构、特征和演化过程，以及区域分异规律的学科，是地理学的重要组成部分。现代区域地理学强调自然地理和人文地理的统一，注重研究区域自然地理要素和人文地理要素的区域综合和空间联系。
地图学是研究编制和应用地图的理论、方法和技术的学科，是一门以地图的形式来综合表达某一地区的自然地理和人文地理知识的学科。它是地理学中的技术性学科，同地理学各分支学科都有密切的联系，在促进地理学的发展和实际应用中历来起着重要的作用。
理论地理学是研究各类地理现象在统一性的基础上所遵循的总体规律的学科。其研究内容主要包括空间结构论、人地关系论和区位论等。
应用地理学是运用地理学的理论、原则和方法解决实际的社会、经济和环境问题的学科。实际上，地理学的不少分支学科就是为了应用而发展起来的，如医药地理学、军事地理学等。由于许多重大问题，比如荒漠化、环境保护、土地利用等问题的解决与研究不是一门学科所能单独胜任的，而地理学由于是综合性的横断学科，特别适于这种应用性研究。
其它的还有数量地理学、地名学、方志学等等。
总之，21世纪的地理学将是一门在理论化和数量化基础上，进一步综合化、生态化、社会化的理论与应用并举的两栖科学。
