Ilgtspējas zinātne veido pamatzināšanas par planētas, dabas, vides un cilvēku radītām sistēmām un to mijiedarbību. Tā izstrādā vērtējumus un ieteikumus ilgtspējīgas attīstības plānošanā un īstenošanā, sniedz vēsturisku ieskatu par pagātnes attīstības modeļiem, kā arī brīdina par iespējamiem attīstības sarežģījumiem nākotnē. Ilgtspējas zinātne seko līdzi visu zinātņu jaunākiem atzinumiem par ilgtspējas jautājumiem: atjaunojamiem un neatjaunojamiem resursiem, enerģētikas un rūpniecības attīstības tendencēm, dabas saglabāšanas iespējām, agrārām un pārtikas sistēmām, ekonomikas izaugsmi un sociālo labklājību.

Ilgtspējas zinātne veido saikni starp dabas un sociālām zinātnēm, lai efektīvāk risinātu globālās problēmas – klimata pārmaiņas, bioloģiskās daudzveidības mazināšanos, zemes degradāciju, resursu izsīkšanu – un tā rezultātā uzturētu un uzlabotu dzīves kvalitāti ilgtermiņā. Tā pārstrukturē zināšanas, balstoties uz zinātnisko izpratni, ilgtspējīgas attīstības mērķiem un iespējām. Ilgtspējas zinātne pēta sinerģisko efektu dabas un sociālo zinātņu mijiedarbībā un teoriju integrācijā. Vides zinātnes, politikas, ekonomikas, demogrāfijas, socioloģijas koncepcijas un teorijas, izmantotas ilgtspējas skatījumā, dod būtisku ieguldījumu praktisku risinājumu pamatošanai.

Ilgtspējas zinātne ir starpdisciplināra zinātne, kurā apvienojas dabas un sociālās teorijas. Ilgtspējas zinātne ir attīstījusies no vides zinātnes. Sākotnēji ilgtspējas zinātnes uzmanības centrā bija cilvēku tiesības, drošība, nabadzība, bada novēršana, epidēmisko slimību izplatība, izglītības nodrošinājums, veselības pakalpojumu uzlabošana. Mūsdienās jautājumu loks integrējas līdz globālo problēmu izzināšanai un ietver klimata pārmaiņas, bioloģiskās daudzveidības mazināšanos, zemes degradāciju, ūdens pieejamību un pārtikas nodrošinājumu.

Eiropas Savienības Ilgtspējīgas attīstības stratēģijā (EU Strategy for Sustainable Development, 2009) definēti ilgtspējas zinātnes mērķi un uzdevumi, lai panāktu nepārtrauktu iedzīvotāju dzīves kvalitātes un labklājības uzlabojumu pašreizējām un nākamajām paaudzēm. Mērķu un uzdevumu sasniegšana tiek vērtēta, izmantojot ap 130 ilgtspējas indikatoru.

Ilgtspējas zinātne pamatojas uz teoriju, ka viss vienmēr un visur ir kustībā un mainās, bet attīstība ir evolūcijas ceļš veiksmei vai zaudējumam. Dzīves kvalitāte ir pieredzes bagātība, kas iestiepjas telpā un laikā, ietverot arī mūsu individuālo dzīves telpu un laiku.

Ilgtspējas zinātnes lauks ietver mijiedarbības pētniecību starp cilvēces, vides un tehnoloģiskām sistēmām. Tūkstošgades mijā cilvēce nonākusi pārejas periodā, kad daudzas cerības, idejas, tradīcijas un ieradumi tiek apšaubīti. Tāpēc zinātniekiem ir jāizstrādā visaptverošs un integrēts skatījums par iespējamo nākotnes virzību. Ilgtspējas zinātne izmanto jaunus paņēmienus, lai piekļūtu informācijai (e-grāmatas un žurnālus, internetu) un aprakstītu reālo pasauli (modelēšana, profesionālās pilnveides uzlabošanas imitācijas spēles). Ilgtspējas zinātne pievēršas dzīves kvalitātes jautājumiem, pamatojoties uz daudzveidīgām cilvēku vērtībām un idejām, jo nākotnes globālo mērķu ietvars balstās uz vietējo daudzveidību un tās nepārtrauktības iespējām.

Globālo problēmu risināšanai tiek veikti novērojumi un mērījumi. Tos izmanto, lai izstrādātu koncepcijas un teorijas, izmantojot sistēmisku pieeju, modeļus un integrējošas metodes, ņemot vērā cilvēces vēsturisko pieredzi – pagātnes civilizāciju kāpumus un kritumus, ideju rašanos par ilgtspējīgu attīstību.

Ilgtspējas zinātne ir problēmorientēta. Tā pēta sociāli ekoloģisko sistēmu attīstības dinamiku, ekonomikas un tehnoloģisko sistēmu pilnveidošanu. Ilgtspējas zinātne atzīst mijiedarbību starp resursu sistēmām (zemes un dzīvības zinātnes), to lietotāju vajadzībām un vēlmēm (sociālās zinātnes) un nodrošinājuma-pārvaldes sistēmām (ekonomikas zinātnes).

Ilgtspējas zinātnes pētniecības metodes balstās uz sistēmpieeju, sistēmdinamisko analīzi un modelēšanu. Ilgtspējas zinātne ietver plašu metožu spektru, sākot no induktīvā empīrisma līdz deduktīvam racionālismam, kā arī šo metožu kombinācijas.

Modelēšana ļauj veikt precīzāku prognozēšanu un mērķtiecīgāk uzsākt jaunus eksperimentus. Lai attīstības modeļi būtu pakārtoti ilgtspējas stratēģijai un politikai, tajos iekļauta tehnoloģiju attīstība, cilvēku uzvedība, finanšu sistēma, valsts politika, ēnu ekonomika un citi faktori. Lai praktiski pārliecinātu iedzīvotājus un lielas cilvēku grupas par ilgtspējas iespējamo devumu, izmanto interaktīvo vides modelēšanu.

Pasaulē pieejams aizvien pieaugošs datu kopums par dabu un vidi, sociālajām un ekonomiskajām iezīmēm. Šos datus izmanto, lai veidotu kvalitatīvas dzīves raksturojumu un gūtu ieskatu par valsts vidējiem rādītājiem (ienākumu līmeni, zīdaiņu mirstību, paredzamo dzīves ilgumu, enerģijas izmantošanu, mājsaimniecības izdevumiem, cilvēku skaitu uz vienu ārstu, analfabētisma līmeni un citiem). Vāji strukturētas problēmas risina, izmantojot organizēšanas pieeju. Tas ir veids, kā apkopot jautājumus, idejas un vērtības. Organizēšanas pieeja dod rezultātus, tuvus analogai situācijai, tomēr atšķirīgās situācijās tā ne vienmēr izdodas.

Ilgtspējas zinātnes svarīgs rašanās iemesls bija tas, ka cilvēkiem arvien plašākā mērogā un tempā nācās meklēt risinājumu sekām, kas izrietēja no iepriekš gūtajiem panākumiem rūpnieciskās revolūcijas laikā.

Viens no agrīniem piemēriem par dzīves kvalitātes rādītājiem saistās ar sistēmu dinamikas pamatlicēju, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (Massachusetts Institute of Technology) profesoru Džeju Foresteru (Jay Wright Forrester), kam bija būtiska loma Romas kluba (Club of Rome) ziņojuma un grāmatas “Izaugsmes robežas” (The limits to growth, 1972) tapšanā. Ar šo grāmatu pasaulē aizsākās debates par ilgtermiņa perspektīvas ekonomikas izaugsmes iespējām, un šīs debates turpinās līdz pat mūsdienām.

1972. gads iezīmējās ar ANO Cilvēkvides konferenci (United Nations (UN) Conference on the Human Environment) Stokholmā, kurā tika izteikti daudzi brīdinājumi par planētas nākotni. Konferences deklarācijā tika iekļauti 26 principi, kas cilvēkvidi definēja daudz plašāk, nekā tas bija pieņemts vides aizsardzības jomā, jo tika iekļautas arī cilvēktiesību, vienlīdzības un adekvātu dzīves apstākļu prasības. Deklarācija prasīja samazināt vides piesārņojumu, aizsargāt atjaunojamos un neatjaunojamos resursus nākotnes attīstības vajadzībām, ierobežot cilvēku skaita palielināšanos. ANO dalībvalstīm tika ieteikts veidot vides aizsardzības politiku, kas uzlabotu dzīves apstākļus visiem, un izveidot atbilstošas vides pārvaldes institūcijas, uzsverot pētniecības, izglītības un inovāciju svarīgumu. Stokholmas konference tiek uzskatīta par sākuma punktu pasaules augstākā līmeņa sanāksmēm par ilgtspējīgas attīstības jautājumiem. Pēc konferences tika izveidotas pirmās vides ministrijas un pieņemti pirmie visaptverošie vides likumi Amerikas Savienotajās Valstīs (ASV) un vairākās Eiropas valstīs. 1992. gadā Riodežaneiro, Brazīlijā, notika ANO Konference par vidi un attīstību, kurā piedalījās 172 valstu delegācijas. Tika pieņemta Riodežaneiro deklarācija par vidi un attīstību un rīcības programma 21. gadsimtam (Agenda 21). Izpratne par ilgtspēju pamatojas Apvienoto Nāciju Organizācijas (ANO) Pasaules Vides un attīstības komisijas (United Nations (UN) World Commission on Environment and Development) ziņojumā “Mūsu kopīgā nākotne” (Our Common Future, 1987) un ANO Konferences par vidi un attīstību (UN Conference on Environment and Development) Riodežaneiro deklarācijā par vidi un attīstību (Rio Declaration on Environment and Development, 1992), kurā noteikts, ka “ilgtspējīga attīstība ir attīstība, kas apmierina pašreizējās paaudzes vajadzības, neradot draudus nākamajām paaudzēm apmierināt to vajadzības”.

ANO konference par ilgtspējīgu attīstību “Rio+20” (Riodežaneiro, Brazīlijā, 2012) bija kā pagrieziena punkts ilgtspējas veicināšanā. Konferences divi galvenie temati bija “Zaļā ekonomika” un “Ilgtspējīgas attīstības institucionālais ietvars”. Balstoties uz iepriekšējās konferencēs nolemto, priekšplānā tika izvirzītas septiņas svarīgākās jomas – bezdarbs, enerģētika, pilsētu attīstība, nodrošinājums ar pārtiku, ūdens, okeānu aizsardzība un dabas katastrofas. Konferences svarīgākais dokuments bija Deklarācija “Nākotne, ko vēlamies” (The Future We Want). ANO Tūkstošgades deklarācija un Tūkstošgades attīstības mērķi (UN Millennium Declaration; Millennium Development Goals, 2000) ietvēra uzdevumus padarīt pasauli pieņemamāku un labāku visām tautām. 2015. gada septembrī Ņujorkā notika ANO Ģenerālā asambleja, kura lēma par Tūkstošgades mērķu īstenošanas rezultātiem un izvirzīja jaunus, mūsdienu pasaulei aktuālus mērķus līdz 2030. gadam – “17 mērķi, kas pārveidos mūsu pasauli” (17 Goals to Transform Our World).

Kā jauna akadēmiska zinātne ilgtspējas zinātne ir radusies 21. gs. un oficiāli atzīta starptautiskajā kongresā “Izaicinājumi mainīgajā Zemē” (Challenges of a Changing Earth) Amsterdamā 2001. gadā. Mūsdienās tiek ieviestas jaunas iniciatīvas un modeļi saimnieciskā darbībā, lai novērstu nepareizus stimulus un atkarību no materiālās izaugsmes. Jāorganizē arī godīgāka labuma pārdale vai sadale. Lai planēta Zeme varētu ilgtspējīgi nodrošināt cilvēci, 21. gadsimtā jāizvirza jauni un apjomīgi mērķi. Pareizs līdzsvars starp globālo pārvaldību, vietējo jaunradi un sabiedrību ir būtiska nākotnes attīstības daļa. Ilgtspējas zinātne lielu uzmanību pievērš dabas un vides izzināšanai. Būtiska nozīme ir sugu un cilvēka ekoloģijai par dabiskiem dzīves cikliem (reprodukcija, dzīvības uzturēšana, salāgošanās ar citām sugām), un pat vienkāršākie modeļi (migrācija, plēsēja-medījuma attiecības) veido elementāru izpratni par reālās pasaules ekosistēmu un biosfēras dinamiku. Ne mazāk svarīgas ir likumsakarības par savstarpējo mijiedarbību un konkurenci, pārtēriņu un sistēmas sabrukumu, kā arī par citiem sugām un populācijām svarīgiem procesiem. Ilgtspējas zinātnē būtiski jautājumi ir par iedzīvotāju skaitu un cilvēku izturēšanos, jo cilvēka tēls zinātnē ir lielā mērā vērsts uz indivīdu, kaut gan tas ir daļa no biosfēras. Šajā jomā ilgtspējas zinātnes metodes var papildināt sociālo zinātņu devumu, veidojot plašāku izpratni arī par indivīdu mijiedarbību un saziņu ar citiem indivīdiem. Cilvēka vajadzības un uzvedības veids tiek pētīts jaunās jomās, piemēram, saistībā ar eksperimentālo ekonomiku, kam var piemērot evolūcijas spēļu teoriju, kas atšķiras no klasiskās spēļu teorijas, lielāku uzmanību pievēršot stratēģisko pārmaiņu dinamikai, kas ietekmē iedzīvotājus ar dažādām konkurējošām stratēģijām, to kvalitāti un iedarbības biežumu.

Viena no vadošās pētniecības iestādēm ir Ekoloģijas institūts: zinātne un politika ilgtspējīgai pasaulei (Ecologic Institute: Science and Policy for a Sustainable World) Briselē, Beļģijā, ar filiāli Berlīnē, sadarbībā ar Ekoloģijas institūtiem ASV (San Mateo, Kalifornijā; Vašingtonā) – veic pētījumus par ilgtspēju, vides un sociālajiem jautājumiem, veicinot jaunu zināšanu attīstību un integrāciju citās politiskajās sfērās. Eiropas Savienības Kopīgais pētniecības centrs (Institute for Environment and Sustainability Joint Research Centre) Briselē, Beļģijā, – sniedz neatkarīgas zinātniskas un tehniskas konsultācijas Eiropas Komisijai, lai atbalstītu Eiropas Savienības politiku.

ASV Nacionālās zinātņu, inženierzinātņu un medicīnas zinātņu akadēmijas (The US National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine) Vašingtonā, ASV, – aktīvi iesaistījušās ilgtspējīgas attīstības programmās. Osakas Universitātes Ilgtspējas zinātnes pētniecības institūts (大阪大学サステイナビリティ・サイエンス研究機, Osaka University Research Institute for Sustainability Science) Japānā ietver Ilgtspējas zinātnes centru, kā arī Ilgtspējas zinātnes un tehnoloģiju attīstības laboratorijas. Balatona grupa (Balaton Group; Korniša, Ņūhempšīra, ASV, 1982) organizē gadskārtējas konferences ilgtspējas zinātniekiem, ģenerējot jaunas idejas, pētījumus un meklējot risinājumus ilgtspējīgas attīstības problēmām. Upsalas Universitātes Ilgtspējīgas attīstības centrs (Uppsala centrum för hållbar utveckling) Zviedrijā – veicina starpdisciplināru pētniecību un izglītību par ilgtspējīgu attīstību. Centra ietvaros darbojas Baltijas Universitātes programma (Baltic University Programme), kurā piedalās ap 230 Baltijas jūras reģiona universitāšu.

Nozīmīgākie periodiskie izdevumi: Consilience: The Journal of Sustainable Development (kopš 2008. gada, Center for Digital Research and Scholarship at Columbia University Libraries); Surveys and Perspectives Integrating Environment and Society (kopš 2008. gada, Copernicus Publications); Sustainability: The Journal of Record (kopš 2008. gada, Mary Ann Liebert. Inc.); Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (kopš 1914. gada, United States National Academy of Sciences); GAIA: Ecological Perspectives for Science and Society (kopš 1992. gada, Oekom Verlag); Sustainability: Science, Practice, & Policy (kopš 2006. gada, ProQuest).

Ievērojamākie 20. gs. beigu un 21. gs. sākuma pētnieki ilgtspējas zinātnē: zviedru vides zinātnieks Alans Atkisons (Alan Atkisson) – Atkisona grupas (The AtKisson Group, Zviedrija) līdzdibinātājs un prezidents; amerikāņu vides ekonomists Hermans Deilijs (Herman Daly) – 1989. gadā kopīgi ar Džonu Kobu (John Cobb) ieteica ilgtspējīgas ekonomikas labklājības indeksu, kas sociāli ekonomisko progresu vērtē atbilstošāk nekā iekšzemes kopprodukts. H. Deilija svarīgākie darbi: “Ilgtermiņa ekonomika” (Steady-State Economics, 1991), “Pārsniedzot izaugsmi: Ilgtspējīgas attīstības ekonomika” (Beyond Growth: The Economics of Sustainable Development,1996), “Ekoloģiskā ekonomika: Principi un pielietojums” (Ecological Economics: Principles and Applications, 2010). Latviešu vides zinātnieka Māra Kļaviņa nozīmīgākie darbi “Environment and Sustainable development” (Vide un ilgtspējīga attīstība, 2010), “Environment, pollution, development: the case of Uzbekistan” (Vide, piesārņojums, attīstība: Uzbekistānas piemērs, 2014). Amerikāņu vides ekonomists Roberts Kostanza (Robert Costanza), dibinājis Starptautisko vides ekonomikas biedrību (International Society for Ecological Economics) un žurnālu Ecological Economics; svarīgākās grāmatas: “Ievads vides ekonomikā” (An Introduction to Ecological Economics, 1997), “Globālās ilgtspējas vietējā politika” (The local politics of global sustainability, 2000), “Ilgtspēja vai katastrofa?” (Sustainability or Collapse? An Integrated History and Future of People on Earth, 2007). Amerikāņu fiziķis un vides zinātnieks Amorijs Lovins (Amory Bloch Lovins) – pievērsis uzmanību enerģētikas politikai (enerģijas efektivitātei, atjaunojamai enerģijai, “negawatt revolution” autors (t. i., patērētājiem nevajag enerģijas kWh, bet gan enerģijas pakalpojumus), attīstījis ekstremāli energoefektīva automobiļa (Hypercar) ideju. Publicējis vairāk nekā 30 grāmatu, tostarp “Uzvarēt naftas pēcspēlē” (Winning the oil endgame, 2005), “Mazais ir izdevīgs” (Small is Profitable, 2003), “Vēlreiz izgudrot uguni” (Reinventing Fire, 2011). Amerikāņu zinātnieks Deniss Medouzs (Dennis Meadows), Balatona grupas dibinātājs, grāmatas "Izaugsmes robežas” (The limits to growth, 1972) autors. Svarīgākās grāmatas: “Pretī globālam līdzsvaram” (Toward global equilibrium: collected papers, 1973), “Pārsniedzot robežas” (Beyond the Limits: Confronting Global Collapse, Envisioning a Sustainable Future, 1992), „Izaugsmes robežas: 30 gadu precizējumi” (Limits to Growth: The 30-Year Update, 2004). Jergena Randera (Jørgen Randers) – norvēģu profesora klimata attīstības jautājumos – ievērojamas grāmatas ir “Sistēmu dinamikas metodes elementi” (Elements of the System Dynamics Methods, 1980) un „2052 – globālais redzējums nākamajiem četrdesmit gadiem” (2052 – A Global Forecast for the Next Forty Years, 2012). Zviedru bioķīmiķis un biotehnologs Larss Ridēns (Lars Ryden), Baltijas Universitātes programmas direktors; programmas ietvaros ar L. Ridēna līdzdalību publicētas grāmatas: ”Baltijas reģiona ilgtspēja” 10 sējumos (Sustainable Baltic Region, 1997), “Baltijas jūras reģions – kultūra, politika kopienas” (The Baltic Sea Region – Cultures, Politics, Societies, 2002), “Vides zinātne” (Environmental Science, 2003), “Ilgtspējīga sabiedrības attīstība” 4 sējumos (Sustainable Community Development, 2004), “Vides vadība” 4 sējumos (Environmental Management, 2006–2007). Nīderlandiešu profesors Berts de Frīzs (Bert de Vries) – analizējis dabas resursus un enerģētiku, modelējis klimata un globālās izmaiņas, veicis sistēmu analīzi ilgtspējas skatījumā, autors grāmatām: “Globālo pārmaiņu perspektīvas” (Perspectives on Global Change: The TARGETS Approach, 1997), “Cilvēki un to dzīves vide ilgtermiņa sociāli ekoloģiskā perspektīvā” (Humans and their Habitats in a Long-Term Socio-Ecological Perspective, 2002), “Ilgtspējas zinātne” (Sustainability science, 2013).