Первое из них принадлежит теоретическому естествознанию. Речь идёт, прежде всего, о развитии биогеохимии, дополненному широко развернутыми в XX веке с помощью специальных технических средств исследованиями почвенных, геологических, атмосферных, океанических, а также космических процессов. Наиболее полным образом сущность этого направления в исследованиях Земли и её космического окружения была выражена в учении о ноосфере, разработанном В.И. Вернадским на последнем этапе его многогранной научной деятельности. Дальнейшее развитие человечества он связывал с решающим влиянием его коллективного разума на производственную и прочие виды деятельности, изменяющие окружающую природную среду, а тем самым условия человеческого существования, как-то: возрастание численности населения планеты, лавинообразное накопление отходов производственной и бытовой деятельности, рекреационное времяпровождение и его воздействие на природу и т. д.
Возрастание степени управляемости воздействия людей на природу и на своё собственное существование постепенно создаёт предпосылки для превращения биосферы в ноосферу, которую учёный определял как «царство разума человеческого», как «новое геологическое явление на нашей планете»: «В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше. Перед ним открываются всё более и более широкие творческие возможности». Сложившееся ныне положение, при котором замыслы разума сосредоточены на удовлетворении ближайших, непосредственно возникающих потребностей и частных выгод, которые впоследствии нередко оборачиваются вредом для самого человека и других людей, способствуют разрушению окружающей его природной среды, наносят ущерб биосфере в целом, согласно Вернадскому, суть не более, как первые ступени ноосферогенеза. Для завершения этого достаточно длительного процесса, для полного сформирования ноосферы требуется достижение единства всего человечества и согласованность его действий по преобразованию природной среды на нашей планете. Заглядывая далеко вперёд, Вернадский высказывал убеждение, что в будущем ноосфере, этой тонкой плёнке разума на поверхности биосферы, принадлежит решающая роль в развитии последней, а тем самым Земли и её обитателей.