Главной теоретической базой экологии стало учение о биосфере, созданное русским ученым, основоположником геохимии, учеником известного почвоведа В.В. Докучаева 
, Владимиром Ивановичем Вернадским (1863—1945). В буквальном смысле термин «биосфера» означает «сферу жизни», и в таком значении он был впервые введен австрийским геологом Эдвардом Зюссом (1831—1914) в конце ХIХ в. Первоначально под этим названием подразумевалась только совокупность всех живых организмов, обитающих на Земле.
Совсем иначе определил биосферу В.И. Вернадский. Центральным понятием в его учении является понятие о живом веществе, которое определяется как совокупность всех живых организмов Земли. Тогда биосферу можно определить как сферу единства живого и неживого, т.е. как живое вещество Земли вместе с неживой средой обитания, «косным веществом», как называл эту среду В.И. Вернадский. Такое толкование определило и его взгляд на проблему происхождения жизни на Земле. Будучи космистом (подробнее о русских космистах будет сказано далее), В.И. Вернадский считал, что жизнь зародилась вместе с планетой, поскольку, по его мнению, нет убедительных доказательств того, что Земля когда-либо была безжизненной. Иными словами, биосфера существовала на Земле всегда. Это расходится с общепринятой в настоящее время точкой зрения русского ученого А.И. Опарина, согласно которой жизнь на Земле зародилась в воде 3,5 млрд лет назад, а до этого шла неорганическая эволюция планеты, в процессе которой образовались литосфера и гидросфера.
В.И. Вернадский считал, что биосфера является одной из геологических оболочек Земли, структура и энергетика которой формируется в результате совокупной деятельности живых организмов. Биосфера простирается на все геосферные оболочки Земли: она занимает всю гидросферу, часть литосферы (до глубин примерно 10 км) и часть атмосферы (всю тропосферу и часть стратосферы до высот более 25 км над поверхностью Земли). Самыми многочисленными и древними организмами Земли являются бактерии, именно их споры и были обнаружены на больших глубинах и высотах.
Эволюция органической жизни шла на Земле не только путем уничтожения нежизнеспособных видов, но и путем сохранения старых, наиболее приспособляемых к изменяющимся условиям существования. Так постепенно складывалось нынешнее многообразие живых организмов — основа устойчивости биосферы.
Одной из главных идей В.И. Вернадского в учении о биосфере была мысль о взаимосвязи живых организмов с неживой средой обитания. Эта взаимосвязь осуществляется путем круговоротов главных биогенных химических элементов, реализующихся в трофических цепях.
Именно в круговоротах биогенных химических элементов, по мнению В.И. Вернадского, заключается геологическая роль живого вещества планеты. Живые организмы формируют не только биологический, но и геологический лик планеты.
Важной идеей В.И. Вернадского была мысль о космической роли живого вещества, которая заключается в аккумулировании солнечной энергии и преобразовании ее в энергию химических связей органических веществ. Без солнечной энергии были бы невозможны круговороты биогенных химических элементов и эволюция живых организмов.
Здесь следует сказать, что В.И. Вернадский принадлежал к плеяде русских космистов — ученых, работавших на рубеже ХIХ и ХХ вв. и заметивших неразрывную связь человека с Космосом, со всей Вселенной.
Эти мысли высказывали также Константин Эдуардович Циолковский (1857—1935), Александр Леонидович Чижевский (1897—1964) и Лев Николаевич Гумилев (1912—1992). Благодаря техническому воплощению идей К.Э. Циолковского о постройке ракеты для преодоления земной гравитации стали возможны космические полеты. А.Л. Чижевский создал гелиобиологию — науку о влиянии Солнца на физиологию человека и его социальную активность, за что в годы сталинского режима поплатился арестом и заключением. Был репрессирован и Л.Н. Гумилев — основатель этнологии — науки о зарождении человеческих этносов и прямой роли солнечной энергии в их развитии. Нелегким, трагичным был путь отечественной науки!
Кроме учения о биосфере В.И. Вернадский выдвинул также идею ноосферы — биосферы, управляемой разумной человеческой мыслью (буквально термин «ноосфера» означает «сфера разума»). В.И. Вернадский рассматривал возникновение сознания как закономерный результат развития биосферы. Идею ноосферы развивал также французский антрополог Пьер Тейяр де Шарден (1881—1955). Однако в конце ХХ в. выяснилось, что до ноосферы еще очень далеко. Вместо нее человечество получило глобальный экологический кризис.
