В области тектоники для 20 в. характерны: разработка учения о движениях земной коры, в том числе о возможности горизонтальных перемещений крупных её блоков (эпейрофорез); разработка классификаций тектонических форм и теории геосинклиналей и платформ (в СССР - А. Д. Архангельский, М. М. Тетяев, Н. С. Шатский, В. В. Белоусов, М. В. Муратов, В. Е. Хаин; за рубежом - немецкие геологи Х. Штилле и С. Н. Бубнов, швейцарец Э. Арган, американские геологи Р. Обуэн и М. Кей); установление их различных типов и стадий развития, а также переходных между геосинклиналями и платформами образований - краевых прогибов. Впервые выделены в 1946 (А. В. Пейве, Н. А. Штрейс), а затем детально исследованы глубинные разломы земной коры. Успехи теоретической тектоники, а также широкий размах глубокого бурения и геофизических исследований создали предпосылки для тектонического районирования - разделения территории материков на крупные структурные элементы с разной историей развития и, следовательно, с разными ассоциациями и рядами геологических формаций. Учение о формациях было оформлено в трудах Н. С. Шатского и Н. П. Хераскова, а затем для магматических формаций - в трудах Ю. А. Кузнецова.
В 50-60-х гг. начали составляться тектонические карты СССР (Н. С. Шатский, 1953, 1956; Т. Н. Спижарский, 1966), Европы (Н. С. Шатский, А. А. Богданов и др., 1964), Евразии (А. Л. Яншин и др., 1966), Африки (Ю. А. Шубер, 1968), Северной Америки (Ф. Кинг, 1969), а также крупномасштабные тектонические карты отдельных областей и районов в целях выяснения главных закономерностей размещения полезных ископаемых. В СССР положено начало изучению новейших тектонических движений и созданию неотектоники (В. А. Обручев, Н. Н. Николаев, С. С. Шульц). В связи с разведкой и разработкой полезных ископаемых в осадочных толщах в качестве самостоятельной дисциплины выделились петрография осадочных пород, или литология, в развитии которой главная роль принадлежит советским учёным.
Отдельный учебный курс петрографии осадочных пород впервые был прочтен в Московском университете и в Московской горной академии в 1922 М. С. Швецовым, воспитавшим несколько поколений советских литологов и написавшим классические работы по литологии каменноугольных отложений Московской синеклизы. В области минералогии осадочных пород интересные исследования проводил в начале 20-х гг. Я. В. Самойлов. А. Д. Архангельский ещё в 1912 дал первый образец сравнительно-литологических исследований, восстановив условия образования верхнемеловых отложений Поволжья по аналогии с осадками современных морей и океанов. После Великой Октябрьской социалистической революции он детально изучал литологию фосфоритов, бокситов и нефтепроизводящих свит. В. П. Батурин разработал метод изучения терригенных минералов с целью восстановления палеогеографических условий осадконакопления. Л. В. Пустовалов в ряде монографий и двухтомной "Петрографии осадочных пород" (1940) впервые поставил вопрос об общих закономерностях процесса осадкообразования и его эволюции в истории Земли. Очень много сделал для выяснения различных вопросов осадочного породообразования, установления его стадий и его климатических типов Н. М. Страхов, трёхтомная монография которого "Основы теории литогенеза" опубликована в 1960-62. Специфику осадочного породообразования в докембрии изучал А. В. Сидоренко, образование соленосных толщ - М. геология Валяшко, А. А. Иванов, М. П. Фивег и др. Крупные работы в области петрографии осадочных пород принадлежат также американским геологам - У. Твенхофелу, Ф. Дж. Петтиджону, У. К. Крумбейну, Дж. Тейлору.
С петрографией осадочных пород тесно связано учение о фациях, получившее наиболее глубокую разработку в трудах Д. В. Наливкина. Разработан ряд новых методов изучения веществ, состава горных пород (спектроскопический, рентгеноструктурный, термометрический анализы). В минералогии была оформлена современная кристаллохимическая теория конституции минералов (Н. В. Белов, В. С. Соболев и др.), достигнуты успехи в синтезе многих минералов (Д. С. Белянкин, Д. П. Григорьев), большая группа работ посвящена пегматитам (А. Н. Заварицкий, А. Е. Ферсман), физико-химическому анализу природных ассоциаций минералов (А. геология Бетехтин, Д. С. Коржинский и др.). Создан ряд трудов по петрографии, петрохимии и учению о метаморфизме (Ф. Ю. Левинсон-Лессинг, Ю. А. Кузнецов, Н. А. Елисеев, Ю. И. Половинкин, П. Эскола, Т. Барт, Н. Боуэн, геология Кеннеди, П. Ниггли, Ф. Тернер). Большое значение имели углепетрографические работы, посвященные изучению метаморфизма углей и закономерностям размещения угольных бассейнов (П. И. Степанов, Ю. А. Жемчужников, В. В. Мокринский, В. И. Яворский, И. И. Горский). Разрабатывалась геология нефти и газа (И. М. Губкин, С. И. Миронов, А. А. Трофимук, М. Ф. Мирчинк, И. О. Брод, чешский геолог К. Крейчи-Граф, американские геологи А. Леворсен и Д. М. Хант). За последние десятилетия выделилась особая отрасль геология- металлогения (С. С. Смирнов, Ю. А. Билибин, Д. И. Щербаков, К. И. Сатпаев, В. И. Смирнов, Х. М. Абдуллаев, И. геология Магакьян, Е. Т. Шаталов, А. геология Левицкий, В. А. Кузнецов, шведский геолог В. Линдгрен, немецкий геолог геология Шнейдерхен, американские геологи Ч. Ф. Парк, У. Х. Эммонс и др.). Успешно развивались: вулканология (В. И. Влодавец, Б. И. Пийп, геология С. Горшков, американские геологи Х. Уильямс, А. Ритман, французский геолог геология Тазиев), гидрогеология и гидрогеохимия (Н. Ф. Погребов, Н. Н. Славянов, А. Н. Семихатов, Ф. П. Саваренский, геология Н. Каменский, Н. И. Толстихин, И. К. Зайцев), геология четвертичных отложений (геология Ф. Мирчинк. Я. С. Эдельштейн, С. А. Яковлев, В. И. Громов, А. И. Москвитин, Е. В. Шанцер, немецкий учёный П. Вольдштедт, американский геолог Р. Флинт, шведский геолог геология Геер).
На стыке геология и химии в 20 в. обособилась геохимия, принципы которой были сформулированы В. П. Вернадским и норвежским геохимиком В. М. Гольдшмидтом и развивались в СССР в трудах А. Е. Ферсмана и А. П. Виноградова. Выяснена огромная роль развития жизни на Земле как фактора, приведшего к образованию органогенных пород (коралловые рифы, каменные угли и др.), существенно изменившего состав атмосферы и гидросферы, а также непосредственно влиявшего на ход многих геологических процессов (например, выветривания). В связи с этим выделился особый раздел геохимии - биогеохимия, а для оболочки Земли, в которой протекают биологические процессы, В. И. Вернадским было предложено название биосферы. На стыке геология и физики развилась геофизика. Появление и развитие геохимии и геофизики в огромной степени способствовало успехам геологических исследований, в практику которых с начала 20-х гг. прочно вошли геофизические и геохимические методы.
В последнюю четверть века интенсивно развивается геология дна морей и океанов (в СССР- М. В. Клёнова, П. Л. Безруков, А. П. Лисицын, геология Б. Удинцев; за рубежом - американские геологи Ф. П. Шепард и геология У. Менард, Б. Хизен, М. Ю. Юинг, голландский геолог П. Кюнен), в частности в целях промышленного освоения полезных ископаемых обширных пространств континентального шельфа. В исследованиях геология морского дна широко применяются геофизические методы, а в последние годы и бурение со специально оборудованных судов.
На территории СССР все отрасли геология получили бурное развитие после Великой Октябрьской социалистической революции. За годы Советской власти страна покрыта геологической съёмкой масштаба 1:1000000, начатой по инициативе и под руководством А. П. Герасимова, а значительные её области - съёмками масштаба 1:200000, тогда как до 1917 геологические карты, при этом значительно менее детальные, были составлены лишь для 10% площади России. В 1922 и 1925 были изданы первые геологические карты Азиатской части СССР, в 1937 - первые геологические карты территории СССР в целом. Первая геологическая карта территории СССР без "белых пятен" (неисследованных областей) была издана в 1955 в масштабе 1: 2500000. Третье её издание (Д. В. Наливкин, А. П. Марковский, С. А. Музылев, Е. Т. Шаталов) вышло в 1965. Составлен ряд специальных карт - геоморфологических, четвертичных отложений, палеогеографических, палеотектонических, гидрогеологических, гидрогеохимических, магматических формаций, металлогенических, угленакопления, нефтегазоносности и др. Данные о геологическом строении СССР обобщены в трудах В. А. Обручева, А. Д. Архангельского, А. Н. Мазаровича, Д. В. Наливкина, а также в многотомных монографиях "Геология СССР", "Гидрогеология СССР", "Стратиграфия СССР" и др.
В 1951-52 было издано первое в СССР учебное пособие (автор А. Н. Мазарович) по курсу региональной геология мира, дающее общую характеристику геологического строения всех материков земного шара. Большое значение имело также издание научно-популярной литературы по геология (В. А. Обручев, А. Е. Ферсман, В. А. Варсанофьева и др.).
Работы по планированию и организации геологических исследований в СССР ведутся Министерством геологии СССР и министерствами союзных республик через территориальные геологические управления и геологические учреждения др. министерств, связанных с разработкой минеральных ресурсов и строительством (см. Геологическая служба). Научную работу по геология проводят около 80 научно-исследовательских институтов и лабораторий Министерства геологии и некоторых др. министерств, АН СССР и АН союзных республик. В СССР издаётся ряд периодических научных геологических журналов.