ธรณีวิทยา, ธรณีศาสตร์ (อังกฤษ: Geology จากกรีก: ??- (เก-, โลก) และ ????? (ลอกอส, ถ้อยคำ หรือ เหตุผล)) เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับโลก สสารต่าง ๆ ที่เป็นส่วนประกอบของโลก เช่น แร่ หิน ดินและน้ำ รวมทั้งกระบวนการเปลี่ยนแปลงภายในโลก ที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ ตั้งแต่กำเนิดโลกจนถึงปัจจุบัน เป็นการศึกษาทั้งในระดับโครงสร้าง ส่วนประกอบทางกายภาพ เคมี และชีววิทยา ทำให้รู้ถึงประวัติความเป็นมา และสภาวะแวดล้อมในอดีตจนถึงปัจจุบัน ศึกษาปัจจัยต่าง ๆ ทั้งภายใน และภายนอกที่มีอิทธิพลเปลี่ยนแปลงสภาพพื้นผิว วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต ตลอดจนรูปแบบ และวิธีการนำเอาทรัพยากรธรรมชาติ มาใช้ประโยชน์อย่างยั่งยืนอีกด้วย
นักธรณีวิทยาศึกษาพบว่าโลกมีอายุประมาณ 4,500 ล้านปี (4.5x109 ปี) และเห็นตรงกันว่าเปลือกโลกแยกออกเป็นหลายแผ่น เรียกว่าแผ่นเปลือกโลก แต่ละแผ่นเคลื่อนที่อยู่เหนือเนื้อโลกหรือแมนเทิลที่มีสภาวะกึ่งหลอมเหลว เรียกกระบวนการนี้ว่าการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก นอกจากนี้ นักธรณีวิทยายังทำหน้าที่ระบุตำแหน่งและจัดการกับทรัพยากรธรรมชาติ เช่น แหล่งหิน แหล่งแร่ แหล่งปิโตรเลียมเช่น น้ำมันและถ่านหิน รวมทั้งโลหะอย่างเหล็ก ทองแดง และยูเรเนียม
วิชาธรณีวิทยา มีความเกี่ยวข้องกับหลากหลายสาขาวิชา เช่น ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา คณิตศาสตร์ มีการบูรณการความรู้จากหลากหลายวิชา เพื่อวิเคราะห์หาคำตอบเกี่ยวกับสิ่งต่างๆที่เกิดขึ้นบนโลก โดยสามารถแบ่งออกเป็นหลากหลายสาขาวิชา เช่น ธรณีวิทยากายภาพ (Physical Geology) ธรณีวิทยาโครงสร้าง (Structural Geology) ธรณีวิทยาแปรสัณฐาน (Geotectonics, Tectonics) ตะกอนวิทยา (Sedimentology) ธรณีสัณฐานวิทยา (Geomorphology) ธรณีเคมี (Geochemistry) ธรณีฟิสิกส์ (Geophysics) ธรณีอุทกวิทยา (Geohydrology) บรรพชีวินวิทยา (Paleontology) เป็นต้น
วิชาธรณีวิทยานอกโลก ศึกษาองค์ประกอบทางธรณีวิทยาของวัตถุในระบบสุริยะ อย่างไรก็ตาม ยังมีศัพท์เฉพาะอื่น ๆ ที่ใช้เรียกธรณีวิทยานอกโลก เช่น "ศศิวิทยา" (selenology) ศึกษาธรณีวิทยาบนดวงจันทร์, areology ศึกษาธรณีวิทยาบนดาวอังคาร เป็นต้น
วิชาธรณีวิทยา สามารถตอบปัญหาต่างๆ มากมาย ที่เกี่ยวข้องกับ วิวัฒนาการของโลก ดาวเคราะห์ และ จักรวาล ธรณีพิบัติภัย ภูเขาไฟ แผ่นดินไหว รอยเลื่อน สึนามิ อุทกภัย น้ำท่วม น้ำหลาก การกัดเซาะ ดินถล่ม หลุมยุบ ภูเขา แม่น้ำ ทะเล มหาสมุทร ทะเลทราย ไดโนเสาร์ ซากดึกดำบรรพ์หรือบรรพชีวินหรือฟอสซิล บั้งไฟพญานาค ไม้กลายเป็นหิน ถ่านหิน น้ำมัน ปิโตรเลียม เชื้อเพลิง แหล่งแร่ เหล็กไหล อุลกมณี โลกศาสตร์
ตารางธรณีกาลเป็นการรวบรวมธรณีประวัติทั้งหมดไว้โดยมีจุดอ้างอิงเริ่มต้นวัดจากอายุของหินโบราณที่เก่าที่สุดในระบบสุริยะซึ่งมีอายุ 4.567 Ga, (gigaannum: billion years ago) โดยมีโลกซึ่งถือกำเนิดขึ้นในบรมยุคฮาเดียนเมื่อ 4.54 Ga (gigaannum: พันล้านปีก่อน) และเดินทางมาบรรจบถึงระยะเวลาปัจจุบันซึ่งอยู่ในสมัยโฮโลซีน
กรมทรัพยากรธรณี เป็นหน่วยงานแรกของประเทศไทยที่มีการทำงานและการศึกษาด้านธรณีวิทยา พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ 5 ได้มีพระบรมราชโองการ โปรดเกล้าโปรดกระหม่อม ให้ประกาศตั้ง กรมราชโลหกิจและภูมิวิทยา ขึ้นในกระทรวงเกษตราธิการ เมื่อวันที่ 1 มกราคม ร.ศ. 110 (พ.ศ. 2434) นับจนถึงขณะนี้ เป็นเวลา 117 ปีแล้ว และต่อมาได้ย้ายสังกัดไปขึ้นกับกระทรวงต่าง ๆ ตามยุคสมัย 6 กระทรวง คือ กระทรวงเกษตราธิราช กระทรวงมหาดไทย กระทรวงพระคลังมหาสมบัติ กระทรวงเศรษฐการ กระทรวงอุตสาหกรรม และกระทรวงพัฒนาการแห่งชาติ โดย ได้เปลี่ยนชื่อเป็น กรมทรัพยากรธรณี เมื่อครั้งสังกัด กระทรวงพัฒนาการแห่งชาติ ภายหลังจากการปฏิรูประบบราชการเมื่อวันที่ 3 ตุลาคม พ.ศ. 2545 กรมทรัพยากรธรณี ได้ย้ายมาสังกัด กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม เลขที่ 75/10 ถนนพระรามที่6 แขวงทุ่งพญาไท เขตราชเทวี กรุงเทพฯ 10400
เป็นหน่วยงานด้านการศึกษาแรกของประเทศไทยที่เปิดให้มีการเรียนการสอนด้านธรณีวิทยาในระดับมหาวิทยาลัยอย่างเป็นทางการ โดยเปิดทำการสอนมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2501 มีศาสตราจารย์ ดร. แถบ นีละนิธิ คณบดีคณะวิทยาศาสตร์ และรักษาการหัวหน้าภาควิชาธรณีวิทยา (สมัยนั้นเรียกแผนกวิชา) มีศาสตราจารย์ ดร. Th. H. F. Klompe ชาวฮอลันดา เป็นผู้ร่างหลักสูตร ร่วมกับกรมทรัพยากรธรณี (กรมโลหกิจเดิม) ต่อมาเมื่อวันที่ 14 กรกฎาคม พ.ศ. 2502 จึงได้รับอนุมัติจากสภามหาวิทยาลัยให้จัดตั้งเป็นภาควิชาธรณีวิทยาขึ้นในคณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย อย่างเป็นทางการ
ผู้ที่จบการศึกษาในระดับมัธยมศึกษาตอนปลายมีความประสงค์จะเข้าศึกษาต่อ สาขาวิชาธรณีวิทยา จะต้องมี ความรอบรู้ในสาขาวิทยาศาสตร์ โดยเน้นวิชาคณิตศาสตร์ เคมี ฟิสิกส์ ชีววิทยา และสมัครสอบเข้าศึกษาได้โดยสอบคัดเลือกบุคคลเข้าศึกษาต่อในสถาบันอุดมศึกษาของทบวงมหาวิทยาลัย มหาวิทยาลัยที่เปิดการเรียนการสอนในหลักสูตรปริญญาตรี ได้แก่
แม้ว่าแต่ละมหาวิทยาลัยจะมีความหลากหลายในรายวิชาแตกต่างกันไป สังเกตได้จากชื่อของสาขาหรือภาควิชา แต่ทุกสถาบันข้างต้นจะให้ความรู้ในเนื้อหาหลักที่สำคัญของธรณีวิทยาแก่ผู้ศึกษาทุกคน รวมถึงการออกภาคสนาม ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของหลักสูตรการเรียนการสอน
