Fizikālā ģeogrāfija pēta struktūras, sistēmas un procesus uz Zemes virsmas, akcentējot tās fizikālo aspektu telpiskās variācijas un temporālos ciklus, kas veido mūsdienu dabas vidi. Zinātnes izpētes objekts ir Zemes ģeogrāfiskais apvalks – biosfēra (starp dziļāko okeāna dziļvagu un troposfēras slāni). Tā aptver četras Zemes sfēras – atmosfēru (Zemes gaisa apvalku), hidrosfēru (ūdens masu uz Zemes virsmas), litosfēru (Zemes garozas augšējo daļu) un biosfēru (dzīvo organismu kopumu) –, kā arī to struktūras, procesus un izmaiņas.

Fizikālās ģeogrāfijas uzdevums ir izzināt fizikālos aspektus uz Zemes virsmas, piemēram, vides cilvēces dzīvei un aktivitātēm, kā arī šīs saistības otru pusi – kā cilvēku darbība ietekmē Zemes dabas vidi. Balstoties uz fizikālajiem, ķīmiskajiem un bioloģiskajiem pamatprincipiem, fizikālā ģeogrāfija izzina atmosfēras, litosfēras, hidrosfēras un biosfēras procesus un to sarežģīto mijiedarbību, kas veido esošās struktūras, kuras savukārt rada dzīves vidi cilvēcei. Piemēram, dažāda veida erozijas (vēja, ūdens, antropogēnās) ietekmē jūras piekrastē veidojas dažādas reljefa formas ar atšķirīgām īpašībām.

Zemes novietojums kosmosā, kas nosaka Saules enerģijas sadalījumu uz planētas virsmas, sezonas un dienas ciklus, kā arī fizikas likumi ir pamatā dabas vides apstākļiem un notiekošajiem procesiem. Zemes virsmas reljefs, nogulumu tips un novietojums uz zemeslodes ir galvenie faktori, kas ietekmē hidroloģiskā tīkla, veģetācijas un arī apdzīvojuma telpisko izplatību.

Tehnoloģiskā attīstība, piemēram, tālizpētes datu pieejamība un jaudīgi ģeogrāfiskās informācijas sistēmas (ĢIS) rīki ir ļāvuši fizikālās ģeogrāfijas pētījumiem kļūt globālākiem, analizējot plašus reģionus un izmantojot kontekstuālo informāciju. Bieži tiek lietota ainaviskā perspektīva, kas skata reģionus kompleksi, mēģinot integrēt visus dabas vides apstākļus un apzināt to savstarpējo mijiedarbību sarežģītā telpiskā mozaīkā.

Pētījumi fizikālajā ģeogrāfijā ir fundamentāli – to sniegtās atziņas ir ļāvušas saprast, piemēram, globālo atmosfēras cirkulāciju, kas savukārt ir pamats klimata izmaiņu izpētei. Pētījumi tektonikā un vulkānismā palīdz noteikt zemestrīču, vulkānu izvirdumu un cunami riska zonas, kā arī pētīt Zemes dzīļu procesus. Fenoloģija pēta dabas ciklu ietekmi uz veģetāciju saistībā ar lokālajiem klimata apstākļiem, savukārt bioģeogrāfija – invazīvo sugu izplatību un sugu izplatības areālu mainību vides apstākļu izmaiņu ietekmē.

Fizikālā ģeogrāfija kopumā ir augsti integratīva nozare, kas ilustrē daudzo apakšnozaru un Zemes sfēru savstarpējo funkcionālo saistību un palīdz sistemātiski izprast Zemes virsmas procesus, kas savukārt veicina pārdomātāku lēmumu pieņemšanu tautsaimniecībā.

 Tradicionāli fizikālā ģeogrāfija tiek iedalīta daudzos apakšvirzienos, kuri ir saistīti un starpdisciplināri:

• ģeomorfoloģija (reljefa formu izpēte);
• klimatoloģija (atmosfēras procesu izpēte);
• hidroloģija (ūdenstilpju un ūdensteču izpēte);
• okeanogrāfija (Pasaules okeānu izpēte);
• bioģeogrāfija (dzīvās dabas telpiskās izplatības izpēte);
• glacioloģija (ledāju izpēte);
• augsnes zinātne;
• paleoģeogrāfija (vēsturisko dabas apstākļu izpēte);
• kvartārzinātne (kvartāra perioda struktūru un procesu izpēte);
• ainavu ekoloģija (telpiskās variācijas un ekoloģisko procesu izpēte). 

Fizikālā ģeogrāfija līdzās cilvēka ģeogrāfijai un lietišķajai ģeogrāfijai ir viena no trim mūsdienu ģeogrāfijas sastāvdaļām. Tā lielā mērā kalpo kā jumta termins, kas apvieno patstāvīgas, bet saistītas apakšnozares. Šajās apakšnozarēs bieži izmanto pētniecības metodes no citām nozarēm, piemēram, ģeomorfoloģija no ģeoloģijas un bioģeogrāfija no bioloģijas. Fizikālajai ģeogrāfijai dažreiz pieskaita arī ģeomātikas jomu, kura aptver analītiskos un metodiskos risinājumus, kurus izmanto fizikālās ģeogrāfijas apakšnozares.

Kā vēsta nozares nosaukums, fizikas likumi ir pamatā atmosfēras, hidrosfēras un litosfēras procesiem un to veidotajām struktūrām uz Zemes virsmas. Tomēr atsevišķi izdalāmas vairākas teorijas, kuras spēcīgi ietekmējušas fizikālo ģeogrāfiju. Alfrēda Vegnera (Alfred Wegener) kontinentu drifta teorija balstās uz agrāko plātņu tektonikas ideju, un tā ir pamatā musdienu izpratnei par ģeodinamiku un seismoloģiju. Čārlza Darvina (Charles Darwin) un Alfrēda Vollesa (Alfred Russel Wallace) formulētā evolūcijas teorija radikāli mainīja pētījumus bioloģijā un ekoloģijā. Sistēmu un haosa teorijas tiek izmantotas fizikālajā ģeogrāfijā, lai abstraktā līmenī formulētu struktūras un procesus, kas ir dabas vides veidošanās pamatā. Vides determinisma teorija, ko izstrādājis Elsvorts Hantingtons (Ellsworth Huntington), ilgstoši dominējusi vides ģeogrāfijas pētījumos. Visām šīm nozīmīgajām teorijām ir arī metaforiska nozīme, piemēram, evolūcijas ideja atgādina, ka izmaiņu procesi nekad nebeidzas, bet sistēmu perspektīva parāda citu noderīgu veidu, kā strukturēt realitāti.

Fizikālās ģeogrāfijas pētījumos mūsdienās plaši tiek izmantota tālizpēte (galvenokārt – satelītu dati), piemēram, pasaules okeāna virsmu temperatūras mērījumos, ledāju dinamikas pētījumos, kā arī ciklonu un viesuļvētru prognozēšanā. Daudzas apakšnozares, piemēram, paleoģeogrāfija, augsnes zinātne un ģeomorfoloģija, plaši izmanto laboratoriskās (ķīmiskās un fizikālās) analīzes un ģeoloģiskās datēšanas metodes. Zemes dzīļu pētniecība galvenokārt balstās uz gravimetrisko un akustisko metožu pielietojumu. Plaši tiek izmantotas arī ģeomātikas matemātiskās metodes, lai kvantificētu, modelētu un prognozētu fizikālos procesus.

Fizikālā ģeogrāfija ir senākā ģeogrāfijas apakšnozare, kuras sākums saistāms ar Seno Grieķiju, kad ģeogrāfijas zinātne bija tikai dabas zinātne. Pirmie zināmie ģeogrāfi – Eratostens (Eρατοσθένης) un Strabons (Στράβων) – sniedza zinātnisko ieguldījumu tieši fizikālās ģeogrāfijas jomā, liekot pamatu tālākam progresam. Iespējams, slavenākais bija vācu naturālists un ģeogrāfs Aleksandrs fon Humbolts (Alexander von Humboldt), kurš tiek uzskatīts par fizikālās ģeogrāfijas nozares izveidotāju. Viņš organizēja vairākas pētnieciskās ekspedīcijas uz Dienvidameriku, Karību salām un Ziemeļameriku, tur veicot pētījumus un novērojumus ekoloģijā, ģeoloģijā un meteoroloģijā.

Fizikālā ģeogrāfija 18. un 19. gs. bija īpaši attīstīta Vācijā un Krievijā. Krievu un vācu ģeogrāfs un klimatologs Vladimirs Kjopens (Wladimir Köppen, Владимир Петрович Кёппен) izstrādāja sistēmu pasaules klimata tipu aprakstīšanai. Krievu ģeologs un ģeogrāfs Vasilijs Dokučajevs (Василий Васильевич Докучаев) izveidoja augsnes zinātnes nozari. 20. gs. otrajā pusē angļu ģeogrāfs Ričards Čorlijs (Richard Chorley) veicināja plašu sistēmu teorijas pielietojumu ģeogrāfijā, palīdzot attīstīt kvantitatīvo ģeogrāfiju.

Tieši sistēmu teorijas pieejas, kvantitatīvo metožu un tālizpētes datu plaša izmantošana veidoja pamatu mūsdienu pieejām fizikālās ģeogrāfijas pētījumos. Atšķirībā no cilvēka ģeogrāfijas vai reģionālās ģeogrāfijas, fizikālā ģeogrāfija ir kvantitatīva un analītiska zinātne kopš tās pirmsākumiem. ĢIS pirmsākumos tika izmantotas tieši fizikālo procesu analīzei un modelēšanai, un fizikālā ģeogrāfija ir ļoti daudz ieguvusi no datoru tehnoloģiju straujās attīstības.

Mūsdienās fizikālā ģeogrāfija arvien biežāk tiek skatīta kā Zemes zinātne (Earth science), kas ir plašāks termins, ietverot arī ģeoloģiju un ģeofiziku; tā ir jaunas planetārās zinātnes apakšnozare. Datortehnoloģiju un satelītu mērījumu attīstības ietekmē zinātniekiem ir pieejami arvien precīzāki dati par Zemes virsmas parametriem. Daudzkārt pieaudzis arī ievākto datu apjoms un, pateicoties straujajai tehnoloģiskajai atīstībai, iespējams veikt ļoti detalizētus aprēķinus un modeļus, lai aprakstītu un skaidrotu dabas vides procesus un to veidotās struktūras. Uzskatāms piemērs ir globālo klimata izmaiņu scenāriji, kas izmanto milzīgu datu apjomu, lai modelētu globālās atmosfēriskās cirkulācijas.

Fundamentālie pētījumi fizikālajā ģeogrāfijā notiek universitātēs un specializētos pētniecības institūtos. Pasaulē ievērojamākie  pētniecības centri ir Birmingemas Universitāte (University of Birmingham) Lielbritānijā, Frankfurtes Universitāte (Goethe-Universität Frankfurt am Main) Vācijā, Pensilvānijas Universitāte (University of Pennsylvania) Amerikas Savienotajās Valstīs un Atmosfēras un klimata izpētes institūts (Institute for Atmospheric and Climate Science) Cīrihes Tehniskajā augstskolā (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich) Šveicē.

Fizikālās ģeogrāfijas pētnieki ir apvienojušies daudzās profesionālajās apvienībās, piemēram, Amerikas Ģeogrāfu asociācijā (American Association of Geographers), Eiropas Ģeogrāfu asociācijā (European Association of Geographers, EUROGEO) un Starptautiskajā Fizikālo zinātņu un okeanogrāfijas asociācijā (International Association for the Physical Sciences of the Oceans).

Physical Geography (izdevējs Taylor & Francis, kopš 1980. gada), Progress in Physical Geography: Earth and Environment (izdevējs Sage, kopš 1979. gada), Journal of Quaternary Science (izdevējs Wiley-Blackwell, kopš 1986. gada), Progress in Physical Geography (izdevējs Sage, kopš 1977. gada), Geomorphology (izdevējs Elsevier, kopš 1987. gada).

Alans Strālers (Alan H. Strahler), Bostonas Universitātes (Boston University) profesors – Zemes virsmas sistēmu izpēte, izmantojot satelītu datus. Maikls Gudčailds (Michael Frank Goodchild), Kalifornijas Universitātes Santabarbarā (University of California Santa Barbara) profesors – ģeogrāfisko datu telpiskā analīze ar ĢIS, sabiedriskā zinātne (citizen science). Valdo Toblers (Waldo Tobler), Kalifornijas Universitātes Santabarbarā profesors – analītiskā ģeogrāfija, ģeogrāfisko procesu matemātiskā modelēšana. Džeimss Hansens (James E. Hansen), Kolumbijas Universitātes (Columbia University) profesors – globālo klimata izmaiņu izpēte.