علم طبقات الأرض أو الجيولوجيا (بالإنجليزية: Geology) وفرع من فروع علوم الأرض مختصة بدراسة بينية الأرض الصلبة، والصخور التي تتكون منها، والعمليات التي تحدث عليها مع مرور الزمن. ومن الممكن أن يشير علم طبقات الأرض أيضاً إلى دراسة ميزات الأرض الصلبة لأي كوكب أرضي (مثل المريخ أو القمر). يصف علم طبقات الأرض بنية ما تحت سطح الأرض، والعمليات التي شكلت تلك البنية. كما  يوفر علم طبقات الأرض الأدوات اللازمة لتحديد الأعمار النسبية والمطلقة للصخور الموجودة في موقع معين، وكذلك لوصف تاريخ تلك الصخور. ومن خلال الجمع بين هذه الأدوات، يستطيع علماء علم طبقات الأرض تأريخ التاريخ الجيولوجي لكل لأرض، وتحديد عمرها. ويوفر علم طبقات الأرض الدليل الأساسي للصفائح التكتونية، والتاريخ التطوري للأرض، والمناخات الماضية للأرض.

يستخدم الجيولوجيون مجموعة واسعة من الطرق لفهم بنية الأرض وتطورها، بما في ذلك العمل الميداني، ووصف الصخور، والتقنيات الجيوفيزيائية، والتحليل الكيميائي، والتجارب الفيزيائية، والنمذجة العددية. أما من الناحية العملية، يعد علم طبقات الأرض مهمة للتنقيب عن المعادن والهيدروكربونات واستغلالها، وتقييم الموارد المائية، وفهم المخاطر الطبيعية، ومعالجة المشاكل البيئية، وتوفير رؤى حول تغير المناخ. كما يلعب علم طبقات الأرض، ذات التخصصات الأكاديمية الواسعة دوراً كبيراً في الهندسة الجيوتقنيّة.