宇宙地质学是研究太阳系各天体的物质组成、地质构造、内部结构和地质演化历史的地质学分支学科，又称空间地质学。
20世纪50年代前，人类只能用望远镜观测太阳系天体的地形特征，通过天体的反射与吸收光谱测定，推测它们表面的成分。60年代以来，阿波罗月球探测计划等的实施和一系列行星探测器对太阳系内行星的精细研究，对内行星和卫星的磁场、大气、水体、地貌、地形、表土成分、地层、构造、热流、内部结构及其地质演化历史的探测，积累了大量的观测资料，编制了各行星的地形图、地质图和构造图，提出了各行星的地质消化规律的共性与特性，使宇宙地质学获得迅速发展。20世纪90年代以来，对太阳系外行星及其卫星的探测，大大扩展和深化了宇宙地质学的研究领域。
对于太阳系中的行星的地质研究，人们主要以地球为基础，在太阳系的空间尺度和近50亿年的时间尺度内，比较各行星的物质组成、大气、水体、地形、构造、火山活动、内部结构、地质演化与热历史，研究各行星演化的共性和特性，深入论证地球整体的演化规律。
而对于太阳系的行星的卫星主要是通过对月球的地形、地层，火山恬动、构造和演化历史的研究，类比其它小质量天体地质的演化，并为太阳系巨行星的一系列卫星的地质演化对比研究提供科学依据。
小行星是主要分布在火星与木星之间的众多小天体，它们代表着太阳星云凝聚物演化为行星的中间阶段的产物。小行星反照率及其反射光谱的测定，为研究各类陨石的母体和起源提供了新的论证。
陨石是自然降落的天体物质。有史以来人类收有2200次降落的陨石，南极洲发现了8000多块陨石。陨石携带有丰富的有关太阳系的平均化学成分、太阳系的形成和演化、有机质的起源、太阳系空间的环境。重返大气层过程和冲击变质作用等信息。陨石学一直是宇宙地质学研究的主要领域。
在月岩和陨石中发现有140多种矿物，其中地球上未发现过的矿物为39种。研究天体的矿，物成分、矿物组合及矿物形成的物理化学过程，探讨太阳星云凝聚的过程、天体凝固的物理化学条件、天体内部的分异与核、幔、壳圈层结构的形成及天体表面的物理化学风化过程。
另外宇宙地质学还采用宇宙学方法与核物理技术，如天然放射性核素的衰变、重核自发裂变及核反应的原理与技术。制定与计算宇宙年龄、银河系年龄、元素年龄、天体凝聚年龄、天体固化年龄、天体之间形成的间隔年龄、天体内部热变质年龄、气体保留年龄、核径迹保留年龄、天体在太阳系空间运行的年龄(宇宙线暴露年龄)及天体的落地年龄。研究宇宙中重大事件的年龄和宇宙演化的时间序列。
宇宙地质学的研究手段主要通过装备有各种探测仪器的空间探测器，观测天体的大气组成、温度、气压、风速、垂直结构、太阳风成分、水体的成分和分布、表面的地形与分区、表土的成分和特征、表面岩石的成分，类型和分布、地层序列、构造体系与内部的壳层结构等。
其次，通过载人或无人空间探测器在天体表面着陆，直接测定土壤、岩石的矿物成分、化学组成和物理性质；内部热流和地震波传播速度等。空间探测器在天体表面自动取样或宇航员直接取样，带回地面实验室作精细研究。
另外通过在地球表面对自然降落的天体物质(陨石、宇宙尘、南极洲陨石中发现的月球岩石和可能的火星岩石)进行矿物学、岩石学、化学成分、有机组分、同位素组成、同位素测年和物理力学性质等方面的研究。
类地行星的大量探测资料有待于理性的整理与综合，并从更大的时空尺度及其相互联系发展中，认识类地行星的地质演化规律和地球整体的形成发展特征；太阳系巨行星及其卫星的探测，将为整个太阳系各天体的地质构造特征与地质演化规律的研究，开拓广阔的新领域。