On lui doit sur ce sujet tout un ouvrage intitulé: Hydrogéologie ou recherches sur l'influence qu'ont les eaux sur la surface du globe terrestre; sur les causes de l'existence du bassin des mers, de son déplacement et de son transport successif sur les différents points de la surface du globe; enfin sur les changements que les corps vivants exercent sur la nature et l'état de cette surface (An X).
Certes, ce livre contient des hypothèses que les observations scientifiques, postérieures, ont ruinées; mais son auteur n'en est pas moins au premier rang de ceux qui ont conçu la doctrine, aujourd'hui triomphante, de la lenteur et de la continuité des grandes révolutions du globe, et qui se sont efforcés de la substituer à la théorie des cataclysmes, universels et successifs.
De plus, Lamarck a dévoilé le rôle énorme des protozoaires et des zoophytes, dans la constitution des couches calcaires de la croûte terrestre et c'est à lui qu'on doit l'attribution exclusive, aux restes des anciens êtres organisés, du nom de fossiles, qui, primitivement, était donné, d'une manière vague, à tous les objets de curiosité trouvés dans la terre.
«C'est à ces dépouilles encore reconnaissables des corps organisés, dit-il, qu'on trouve dans le sein de la terre et à sa surface, que j'ai donné particulièrement le nom de fossiles»[24].
«Ces fossiles sont des monuments extrêmement précieux pour l'étude des révolutions qu'ont subies les différents points de la surface du globe et des changements que les êtres vivants y ont eux-mêmes successivement éprouvés»[25].
S'appuyant sur cet ensemble de matériaux et de faits, Lamarck éliminait les traditions bibliques relatives au déluge et à l'origine récente de la terre; scrutant l'immensité des temps que représentent les modifications que notre planète a subies, il écrivait:
«Combien cette antiquité du globe terrestre s'agrandira encore aux yeux de l'homme, lorsqu'il se sera formé une juste idée de l'origine des corps vivants, ainsi que des causes du développement et du perfectionnement graduels de l'organisation de ces corps et surtout lorsqu'il concevra que le temps et les circonstances ayant été nécessaires pour donner l'existence à toutes les espèces vivantes telles que nous les voyons actuellement, il est lui-même le résultat et le maximum actuel de ce perfectionnement, dont le terme, s'il en existe, ne peut être connu»[26].
Passionné pour l'histoire de notre globe, il avait même conçu le projet de ne publier ses travaux biologiques qu'après ses observations sur la météorologie, qui devaient servir de première partie à une Physique terrestre, dans laquelle il aurait étudié tout ce qui se passe et tout ce qu'on observe à la surface et dans la croûte externe de la terre.
Effectivement, il publia plusieurs mémoires sur la météorologie, et, pendant onze ans consécutifs, de 1800 à 1810, un annuaire météorologique.
Arago, dans l'Histoire de sa jeunesse, raconte, à ce sujet, une anecdote édifiante, datant de 1809; il venait d'entrer à l'Académie des Sciences et il assistait à une séance solennelle dans laquelle les membres de cette Académie devaient présenter à Napoléon leurs dernières œuvres.