理論地理學是關於地理現象和地理過程的模式的學說,它從機理角度闡述地理現象的發生、發展和演變。

最初的理論地理學關心的是關於地理分布形態的一些數學分析,現代理論地理學注重地理過程與地理系統的模式闡述。在模式闡述方面,理論地理學基本上採取了4種分析類型:環境(比如說山地)、區域(比如說城鎮體系)、地方和全球。關於環境與區域的學說構成狹義的理論地理學內容,納入地方與全球的學說後,形成廣義理論地理學體系。一般說來,狹義理論地理學採取數學現實闡述理論,與理論物理學的闡述形式相近,但是關於地方和全球的理論,採用學說形式,比如說地帶性學說。這種情況的出現是因為地球只有一個,地方也是獨特的,「沒有第二個例證」,一般的物理學邏輯實證主義的理論發展道路在全球、地方問題分析中失效。因此,把理論完成數學化的理論物理學模式在理論地理學構造體系中不完備。

在學術界有些學者認為不存在理論地理學,因為地理學有明顯應用特色,應用其它學科理論就夠了。這種看法在於忽視地理現象的整體性,一般分析性學科從一個角度可以認識地理現象,同時不能揭示地理現象的相互聯繫和他們的演變,這種對相互聯繫的重視正是理論地理學的特點。例如流體力學研究河流,把河岸作為流體的邊界條件;地質學研究河岸,把水流作為外部要素。地理學關心的是水流啟動河岸泥沙,改變了水流結構也改變河岸的形態,這種研究是地理學從整體性研究的特點。地理學研究的另一個特點是地理現象的差異性,這種差異性導致一個地方不同於另一個地方,今日的地球不同於昨日的地球。差異還意味著區域之間相互依賴,區域、環境、全球和地方發展過程是進化的、路徑依賴的,這些差異性特點導致了需要一種綜合的理論,這就是理論地理學。