علم النظام الأرضي (ESS) هو تطبيق علم النظم على علوم الأرض. وهي تنظر على وجه الخصوص في التفاعلات بين «مجالات» الأرض - الغلاف الجوي والغلاف المائي والغلاف الجليدي والغلاف الأرضي والغلاف الجوي والغلاف الحيوي وحتى الغلاف المغنطيسي - وكذلك تأثير المجتمعات البشرية على هذه المكونات. وعلى نطاق أوسع يجمع علم نظام الأرض الباحثين في كل من العلوم الطبيعية والاجتماعية من مجالات تشمل علم البيئة والاقتصاد والجيولوجيا والجليديات والأرصاد الجوية وعلم المحيطات وعلم الحفريات وعلم الاجتماع وعلوم الفضاء. وعلى غرار الموضوع الأوسع لعلوم النظم، يفترض علم نظام الأرض نظرة شمولية للتفاعل الديناميكي بين مجالات الأرض ونظمها الفرعية المكونة من العديد من النظم وما ينتج عنها من تطور في هذه النظم وتطورها، واستقرارها أو عدم استقرارها. وتشمل مجموعات فرعية من علم النظام الأرضي جيولوجيا النظم وبيئة النظم والعديد من جوانب علم النظام الأرضي أساسية لموضوع الجغرافيا الفيزيائية وعلم المناخ.