La principal característica de las ciencias de la Tierra respecto a otras ramas de la ciencia es que, al ocuparse del pasado, el presente y el futuro de un objeto enorme en la escala humana, su estudio está limitado a observaciones que hacemos generalmente en su superficie (o cerca de ella) y en la actualidad; es decir, estamos limitados a estudiar un objeto en 4D la Tierra, desde sólo dos de sus dimensiones. Las ciencias de la Tierra son por tanto ciencias tradicionalmente limitadas por la dificultad de la obtención de datos, aunque hay que señalar que, en años recientes, el desarrollo tecnológico en el campo de las ciencias de la información ha hecho posible un avance espectacular en las posibilidades asombrosas de un conocimiento científico de nuestro planeta cada vez mayor y más preciso. Además, las enormes dimensiones espacio-temporales de la estructura y la historia de la Tierra hacen que los procesos que en ella tienen lugar sean resultado de una compleja interacción entre escalas espaciales que pueden variar desde el milímetro hasta los miles de kilómetros y escalas temporales que abarcan desde las centésimas de segundo hasta los miles de millones de años. Un ejemplo de esta complejidad es el distinto comportamiento mecánico que algunas rocas tienen en función de los procesos que se estudien: mientras las rocas que componen el manto superior responden elásticamente al paso de las ondas símicas (con periodos típicos de fracciones de segundo), responden como un fluido en las escalas de tiempo de la tectónicas de placas. Otro ejemplo del amplio abanico de frecuencias temporales en la Tierra es el cambio climatico tiempo que van de los millones de años a los años, donde se funde con las escalas propias del cambio meteorológico. En general, es difícil diseñar un experimento que permita explicar el proceso estudiado, por lo que las técnicas de simulación análoga o computacional son de mucha utilidad.
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