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Representante del neptunismo, una teoría sobre el origen de las rocas basada en que todas las rocas de la corteza terrestre se habían formado por un proceso de sedimentación y cristalización en los mares primitivos.
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Fue un geólogo, médico, naturalista, químico y granjero experimental escocés, primer formulador de las ideas que conducirían a la corriente científica llamada uniformista y del plutonismo, en las que incluyó sus teorías de la geología y del tiempo geológico y su escala, también llamado tiempo profundo
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Autor de la teoría del catastrofismo, que explicaba la formación de los fósiles y la forma actual de nuestro plantea por la acción de sucesivas catástrofes, súbitas y violentas, como el diluvio universal.
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Propuso la hipótesis de la deriva continental, que concebía el movimiento horizontal de los continentes como si fueran barcos en un mar que sería el manto.
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Propuso el modelo teórico sobre la existencia de corrientes de convección en el manto como causa del movimiento de los continentes y de la formación de corteza oceánica.
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Formuló la hipótesis de la expansión del fondo de los oceános.
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Apoyó la teoría de la expansión del fondo de los oceános y justificó la existencia de algunos archipiélagos volcánicos por la acción de las plumas magmáticas procedentes del manto profundo.
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Realizó una investigación sobre una parte de una dorsal oceánica en el noroeste del Océano Índico. Esto le reveló un patrón de anomalías magnéticas que corrían en líneas paralelas y virtualmente simétricas en cada lado de la dorsal. La explicación más plausible para estas anomalías requería asumir que el campo magnético terrestre había cambiado su polaridad repetidas veces en el tiempo.
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Desarrolló las ideas que mostraban la superficie de la Tierra dividida en grandes placas litosféricas que se movían unas respecto a las otras
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Contribuyó en la investigación de la tectónica de placas, la formación de cuencas sedimentarias y la fusión del manto terrestre.
