В 1768—1779 годах англичанин Джеймс Кук совершает три кругосветных экспедиции. Он открывает Гавайи и Большой Барьерный риф, а его поиски Южного материка привели к открытию Австралии и Океании. Примерно в это же время русские первопроходцы разведали почти всю Сибирь и достигли Дальнего Востока. В России Михаил Ломоносов высказывает идеи о непрерывном изменении лика Земли под влиянием внутренних и внешних сил, о слоях земных и др. В 1739 году он выступает инициатором создания Географического департамента, и составляет первый в Российской империи кадастр землепользования.
В XVIII веке большое значение приобретает фиксация, картографирование и обобщение накопленных географических знаний. Это потребовало новых способов изложения разнообразной информации. Отображение только контуров новых земель оказалось недостаточным для их промышленной и торговой эксплуатации. Строительство наземных коммуникаций – дорог и железнодорожных путей, прокладка безопасных торговых маршрутов потребовали детального изучения рельефа и геологического строения земной поверхности.
В свою очередь, приносимый природными катаклизмами ущерб обусловил необходимость исследования их причин. Вулканические извержения, землетрясения, обвалы и оползни наносили большой ущерб заморским колониям. В отличие от Старого света, где крупные природные катастрофы случались, но носили умеренный характер, проникновение в Тихоокеанский огненный пояс, Северную и Южную Америки оживили библейские сказания о Содоме и Гоморре, грандиозных потопах и смертоносных ураганах.
В 1692 году вулканическое землетрясение на острове Ямайка, расположенного в северной части Карибского моря, до основания разрушили его столицу Порт-Ройял. Её пришлось перенести в соседний Кингстон, который спустя пятнадцать лет также был разрушен землетрясением.
В 1755 году Лиссабонское землетрясение перечеркнуло в миропонимании роль высших сил обустройства мира, и потребовало естественнонаучного объяснения причины случившегося катаклизма. Мир начал восприниматься как арена действия скрытых, но пока еще не понятных сил природы, действующих повсеместно – от Старого до Нового света.
В 1883 году сильное землетрясение сопутствовало извержению вулкана Кракатау в Индонезии. Взрывом была уничтожена половина острова, погибло все его население и разрушены города на островах Суматра, Ява и Борнео. Последовавшее за землетрясением цунами смыло все живое с низменных островов Зондского пролива. В том же году 18 июля курортный город на острове Иски около Неаполя был превращен в груду развалин вулканическим землетрясением.
Интенсивность и частота природных бедствий на новых землях пугала, настораживала и требовала осмысления. Это была уже не задача картографов и описателей, а учёных вооруженных знаниями и точными инструментами. Особый вклад в становление физической географии как точной науки внёс немецкий учёный Александр Гумбольдт. Он считал необходимым комплексное постижение природы как единого целого.
Гумбольдт заложил основы таких научных дисциплин как физическая география, ландшафтоведение и география растений. В своих экспедициях он использовал по тем временам передовые научные инструменты. В свою экспедицию в Новую Испанию (1799—1804) на борту корвета «Pizarro» он взял с собой десятки приборов для проведения научных измерений и наблюдений.
В Германии Карл Риттер в 1817 году начинает публикацию своего фундаментального труда «Die Erdkunde im Verhältniss zur Natur und zur Geschichte des Menschen» (Землеведение в отношении к природе и истории человечества). Риттер стал одним из основоположников современной географической науки, определив её предмет, как выявление связей и установление причин явлений и процессов природы, изучая ее как единое целое.
«География – это своеобразная физиология и сравнительная анатомия Земли: реки, горы, ледники и т. п. являются отдельными органами, каждый из которых имеет свои собственные функции, а так физико-географическое основание является основой для развития общества, оно в качестве физической основы определяет ход жизни общества и человека». Карл Риттер, 1817 год.
В XIX веке изобретение новых приборов и инструментов для измерений и наблюдений позволили создать подробные гипсометрические карты, исследовать параметры земной атмосферы и гидросферы в различных районах планеты. С этого времени естествоиспытатели уже не ограничиваются только описанием природных явлений, а стараются находить им научные объяснения.
Благодаря систематизации сведений собранных по всему земному шару стало понятно, что рельеф земной поверхности связан с глубинным строением планеты и определяется протекающими в её недрах геологическими процессами. В свою очередь моря и океаны формируют климат на планете и многие другие атмосферные явления. Важным было и то, пусть схематичная, но подтверждающая данные астрономических наблюдений создавалась целостная картина мирозданья.
В XVIII – XIX веках промышленная революция в Европе ставит новые вопросы из-за необходимости освоения залежных земель. Как образуется тот или иной тип рельефа? Из-за чего происходят лавины, обвалы и оползни? Что представляет собой вулканическая деятельность? Почему, как и где возникают землетрясения? Как формируется тот или иной ландшафт и как он связан с геологическим строением местности? Под давлением задач практики статичное представление Земли ушло в прошлое.
К концу XIX века простые географические проекции превратились в привязанные к земному рельефу тематические атласы с разнообразными данными. Карты становятся основой для отображения геологической, климатической, метеорологической, социальной, политической и другой информации. Они стали визуализировать пространственно-временные особенности протекания различных физических процессов на земной поверхности.
К XX веку астрономия, математика, физика и химия достигли такого уровня развития, что их понятийный аппарат и инструментарий стал достаточным для изучения динамики земной поверхности. Физическая география разделилась на самостоятельные научные направления – геоморфологию, гидрологию, гляциологию, климатологию, океанологию и другие. Все они проистекали из необходимости решения практических задач в области геологоразведки, землеведения, климата, мореходства и многих других.
Было выяснено, что земной рельеф является одновременно продуктом геологического развития Земли и происходящих в её атмосфере и гидросфере физико-химических процессов. Он неодинаков в различных частях света, и сложен разнообразной комбинацией пород. Что покрывающий верхнюю часть континентальной земной коры слой состоит из осадочных и вулканических горных пород, а в некоторых местах он отсутствует. Что земная поверхность в основном представлена равнинами континентов и дном Мирового океана, о строении которого вплоть до середины прошлого века можно было только догадываться.
С началом океанографических научных экспедиций открылась возможность приблизится к пониманию происходящих на морском дне процессов. Самая первая из них была совершена в 1872—1876 годах на английском корвете «Challenger». Оказалось что континенты окружены шельфом – мелководной полосой глубиной до двухсот метров и средней шириной около восьмидесяти километров, которая после резкого обрывистого изгиба дна переходят в континентальные склоны. С удалением от берега они постепенно выравниваются, а на глубине в несколько километров переходят в абиссальные равнины.