Значит. исследования растительного покрова во 2-й половине 19 в. принадлежат И. Г. Борщову (в аридных районах между Каспийским и Аральским морями, 1865) и Ф. И. Рупрехту (на С. России, Кавказе, в чернозёмной зоне Европейской России), который в 1866 обосновал связь образования чернозёма со степной растительностью. Первые русские сводки по географии растений принадлежат А. Н. Бекетову (1896), А. Н. Краснову (1899), Г. И. Танфильеву (1902). В конце 19 в. трудами И. К. Пачоского (1896) и П. Н. Крылова (1898) были заложены основы фитоценологии (первоначальное название — «фитосоциология») — учения о растительных сообществах, перебрасывающего мост к комплексным синтетическим исследованиям в биогеографии. Это учение в начале 20 в. активно разрабатывали Г. Ф. Морозов и В. Н. Сукачев.
Среди работ по зоогеографии во 2-й половине 19 в. выделяются исследования И. А. Северцова о зональном распределении животных Туркестана, а также труды М. А. Мензбира, заложившего принципы зоогеографического районирования суши.
Важнейшие научные обобщения в сфере географического синтеза принадлежат В. В. Докучаеву (конец 19 в.). Его идеи о взаимоотношении всех элементов живой и неживой природы, комплексные исследования земель, проведённые под его руководством, сформулированный им закон географической зональности составили фундамент современной физической географии. Большое место в его работах уделено вопросам рационального использования естественных ресурсов. Докучаев был родоначальником русской ландшафтно-географической школы, разработавшей в начале 20 в. представление о географическом ландшафте как естественном комплексе, в котором закономерно сочетаются все основные черты природы (Г. Н. Высоцкий, Г. Ф. Морозов, Л. С. Берг, А. А. Борзов, Р. И. Аболин). К этому периоду относятся также представления о наружной (геогр.) оболочке Земли как о предмете физической географии (П. И. Броунов, Р. И. Аболин). Т. о., система физико-географических наук, состоящая из собственно физической географии, изучающей географическую оболочку в целом и отдельные природные территориальные комплексы, и ряда наук, исследующих различные компоненты природной среды, начала формироваться ещё в дореволюционный период, чему способствовала разносторонняя деятельность многих русских учёных-естествоиспытателей.
После Октябрьской революции 1917 началось широкое изучение производит. сил страны, основные задачи которого были намечены В. И. Лениным в «Наброске плана научно-технических работ» (1918). Связанная с этим организация многочисленных научных экспедиций и ряда учреждений географического профиля способствовала развитию основных отраслей физической географии. Все физико-географические науки теснейшим образом связаны между собой, используют многие общие методы (картографический, сравнительно-географический, палеогеографический и др.) и решают общие проблемы изучения строения, состава и динамики (в т. ч. обмена вещества и энергии) географической оболочки и её отдельных частей. Практическая деятельность физико-географов связана с решением важнейших народно-хозяйственных проблем — учёта, оценки, использования и воспроизводства различных природных ресурсов, охраны природной среды и др., требующих участия специалистов многих физико-географических наук.
Геоморфология. С первых лет Советской власти геоморфологические исследования стали широко применяться при изысканиях по строительству железных дорог, проектированию ГЭС, поисках полезных ископаемых и в других отраслях народного хозяйства. В 30-е гг. были составлены первые сводки по геоморфологии (И. С. Щукин, 1934—38, Я. С. Эдельштейн, 1938). Проблемы палеогеографии четвертичного периода были рассмотрены в работах И. П. Герасимова и К. К. Маркова (1939). Впоследствии Марков опубликовал курс палеогеографии (1951). Вопросы палеогеографии развивались также в работах А. А. Величко, В. П. Гричука, Г. И. Лазукова, М. И. Нейштадта и др.
Начатые ещё до 1917 исследования А. П. Карпинского и В. А. Обручева положили начало учению о новейших движениях земной коры, объясняющих многие особенности современного рельефа Земли. Это учение развивали Б. Л. Личков (1936), С. С. Шульц (1948), Н. И. Николаев (1962) и др. Существенное значение для классификации рельефа имели работы И. П. Герасимова, Ю. А. Мещерякова и др., в результате которых были выделены основные генетические категории рельефа — морфоструктуры и морфоскульптуры. Углублённое изучение морфоструктур способствовало формированию структурной геоморфологии (К. И. Геренчук, С. С. Коржуев, Н. А. Флоренсов, В. П. Философов и др.) и её практическому применению при поисках нефти и газа. В развитии учения о морфоскульптурах — формах рельефа, в образовании и динамике которых главную роль играют экзогенные процессы, существенные результаты были получены по флювиальным и склоновым процессам, гляциальной геоморфологии (И. С. Щукин, К. К. Марков и др.), аридному рельефообразованию (Б. А. Федорович), карсту (Н. А. Гвоздецкий, Г. А. Максимович), морским берегам (В. П. Зенкович, О. К. Леонтьев и др.). С 50-х гг. 20 в. усилилось изучение дна океана (О. К. Леонтьев, Г. Б. Удинцев, А. В. Живаго, В. Ф. Канаев).
Дальнейшее развитие получили исследования динамики рельефа с внедрением математических методов, системного анализа, моделирования геоморфологических процессов и явлений (А. С. Девдариани, Ю.Г. Симонов и др.), прикладных аспектов геоморфологии (Т. В. Звонкова и др.).
В послевоенные годы был создан ряд монографий, посвященных общим вопросам геоморфологии (И. С. Щукин, 1960—74), рельефу СССР (С. С. Воскресенский, 1968; Ю. А. Мещеряков, 1972) и отдельных его частей (среди них — серии книг «Геоморфология СССР» Института географии АН СССР при участии других учреждений и «История развития рельефа Сибири и Дальнего Востока» Сибирского отделения АН СССР).
В 1960 была издана первая сводная геоморфологическая карта СССР масштаба 1:4 000 000 (под руководством И. П. Герасимова и Б. А. Федоровича), а в 1961 — геоморфологическая карта масштаба 1 : 5 000 000, составленная коллективом Всесоюзного геологического института (Г. С. Ганешин, И. И. Краснов и др.). Ряд геоморфологических карт отдельных материков и дна океана опубликован в Физико-географическом атласе мира (1964), атласах Антарктики (1966), Тихого океана (1974) и Индийского океана (1976). В 1970 издана геоморфологическая Карта Европейской части СССР и Кавказа масштаба 1 : 2 500 000 (М. В. Карандеева, С. В. Лютцау, О. К. Леонтьев), в 1972 — Карта поверхностей выравнивания и кор выветривания СССР масштаба 1 : 2 500 000, подготовленная Министерством геологии СССР, Всесоюзным аэрогеологическим трестом и институтом географии АН СССР под ред. И. П. Герасимова и А. В. Сидоренко. Многочисленные геоморфологические карты разного масштаба опубликованы по отдельным регионам страны. Вопросы методики геоморфологических исследований и геоморфологического картирования рассмотрены в руководствах Н. В. Башениной и др. (1962), Ю. Ф. Чемекова и Г. С. Ганешина (1972), А. И. Спиридонова (1975) и др.
Исследования по геоморфологии проводят географические и геологические учреждения АН СССР и союзных республик министерства геологии СССР (Всесоюзный геологический институт в Ленинграде, Всесоюзное научно-производственное объединение «Аэрогеология» в Москве и др.), вузы (МГУ, ЛГУ и др.). Геоморфологические исследования координирует Межведомственная геоморфологическая комиссия при АН СССР, а в международном масштабе — соответственные комиссии Международного географического союза (МГС) и Международный союз по изучению четвертичного периода (JNQUA). См. также Геоморфология, Рельеф.
Климатология. Быстрый рост сети метеорологических станций после Октябрьской революции 1917 позволил получить обширный материал для изучения климата страны. Резко возрос выпуск справочной литературы как в целом по СССР, так и по отдельным районам; была создана серия мировых климатических карт для Большого советского атласа мира (1937). В 1937 опубликован «Мировой агроклиматический справочник» (под ред. Г. Т. Селянинова). Было предложено несколько классификаций климатов, как для территории СССР, так и для всего земного шара, из которых широкую известность получила генетическая классификация Б. П. Алисова (1936—49), построенная на связи климата с воздушными массами и общей циркуляцией атмосферы. В довоенные годы возникли новые направления климатологии, в том числе комплексная климатология (Е. Е. Федоров, с 20-х гг.), были усовершенствованы методы статистической обработки материалов наблюдений (О. А. Дроздов, Е. С. Рубинштейн ).