近代采煤业和采矿业的发展，丰富了人们的地质知识，也客观上要求科学地了解地球的地质状况。大量化石的发现，最终导致了地质学的出现。
希腊时代的地理学家色诺芬尼已经知道化石，并且认识到化石是古生物的遗迹。近代以来，人类发现的化石越来越多，形态越来越丰富。神学家们解释说，化石是上帝创造生物时留下的废品。真正的科学家却难以相信这些编造的神话。达·芬奇曾研究过化石，认为化石是古生物的遗体。他猜测，那些高山地层中的化石可能是今天海洋生物的祖先，由于地质运动，当年的海洋变成了今天的高山。17世纪出现了近代第一位真正的地质学家斯台诺。这位意大利的医生在行医之余热衷于化石研究，通过他所擅长的比较解剖研究，发现了化石与现代生物之间的相似之处，有把握地得出了化石是古生物遗迹的结论。他还提出，化石是鉴别地层的主要依据，含化石的地层是地层演化史的直接记录，通过化石鉴别可以识别地层的年代。斯台诺不仅开创了近代的地质学研究，还提出了地质演化的思想。
化石分布的奇异性，特别是海生生物的化石出现在高山地层的现象，引起了17世纪地质学家的高度注意。英国的医学教授伍德沃德依据《圣经》中关于大洪水的记载，提出了地质构造的水成论。《圣经》上说，上帝创世后，人间充满了罪恶。为了惩罚人类，上帝让洪水泛滥了40天，将地面上一切生物都毁灭了。只有挪亚一家和他们带着的其他一些生物在方舟里幸免于难。伍德沃德认为，海生生物化石之所以出现在高山上，完全是大洪水冲积的结果。在出版于1695年的《地球博物学试探》一书中，他系统地阐述了洪水泛滥对于地层变化的影响，提出了地层的沉积理论。
英国的博物学家约翰·雷不同意水成论。他认为，生物化石在地层中新老叠加、一层一层地堆积，用洪水的一次冲积是不能解释的。因此他提出，地层的形成是地球内部火山运动的结果。由于火山的不断爆发，地面上便形成了一层又一层熔岩，每一层中都有生物的遗体即化石。这就是所谓的火成论。它用地球内部的多次火山爆发而不是一次大洪水来解释地质结构的形成。
到了18世纪，随着地质考察活动的大规模发展，人们掌握了更多的地质知识。水成论和火成论分别得到了更多的实证材料作为自己的证据，同时也不断修正和补充自己的理论。德国地质学家维尔纳使伍德沃德的洪水冲积说更为系统、精细。他出身于一个矿业世家，26岁成为德国著名的弗赖堡矿业学院教授。他是一位优秀的教师，吸引了一大批青年学生。他的水成论就是通过他的学生传播开来的。
维尔纳认为，地球最初是一片原始海洋，所有的岩层都是在海水中通过结晶、化学沉淀和机械沉积而形成的。通过结晶形成的原始岩石里没有化石，是最古老的。通过沉淀形成的岩石里只有少量化石，而通过沉积形成的岩石所含的化石最多。维尔纳也承认火山爆发是一种地质力量，但他认为火山是地底下的煤燃烧造成的，是在地质岩层已经形成之后才出现的，因此不起主要作用。维尔纳的水成论有其岩石学基础，但他更多地注意岩石中的矿物而不是其中的化石。他的水成论也没有解释原始海洋后来是怎么消失的。
维尔纳的学说遭到了英国地质学家赫顿的反对。赫顿本来学医，后来开办了一家工厂，获得了可观的收入，使他能够毫无顾虑地投身于地质学研究。在对苏格兰山脉的地质考察中，赫顿发现，那些结晶型的岩石并不像维尔纳所说的在水中结晶，而是熔岩冷却的结果。这使他对水成论产生了怀疑。1785年，赫顿在爱丁堡皇家学会上宣读了他的第一篇地质学论文。文中论述了他的火成论思想。1795年，他出版了《地质学理论》一书，系统阐明了火成论的地质理论。
赫顿认为，地球内部是火热的熔岩，当它们从地缝中迸发出来时就成了火山。熔岩冷却后固化，就形成了结晶岩。结晶岩的表面是沉积岩。沉积岩是地球的内热与地面陆地和海洋的压力相结合形成的。沉积岩的多层次反映了地质形成的时间极度漫长。赫顿相信，地球内部的热量是造成地质变化的主要动力，因此，他属于已有的火成论传统。但他又强调地质变化异常缓慢，所以是日后渐变论的先驱。
赫顿的地质演化学说与《圣经》显然不相符，因而遭到了神学家和信教的地质学家的反对。此外，持水成论的学者也从学理上对赫顿学说提出质疑。维尔纳的学生们就认为熔岩不会固化成晶体。赫顿的朋友、爱丁堡的业余科学家霍尔为此专门做了一个实验。实验表明，让熔融的玻璃非常缓慢地冷却就会变成不透明的晶体，只有快速冷却才能制成透明的玻璃。以熔岩做实验，情况依然如此。这就反驳了维尔纳派的质疑。
1790年至1830年被称为地质学的“英雄时代”。早期的水成论与火成论之争演化成了灾变说与渐变说之争，地球缓慢进化的思想最终取得了胜利。地质学的进步大大推动了进化论的建立。这里的故事留待第三十一章再讲。
