气体地球化学是研究天然气体的组成、含量、同位素特征、赋存状态以及迁移转化规律的学科。其发展大致经历了由资源勘探工具向地球系统示踪科学不断拓展的过程。19世纪末至20世纪初，伴随石油工业兴起，人们开始注意到油气田附近地表土壤、地下水和逸散气中的烃类异常。早期研究以甲烷及重烃的检测为主，目的在于寻找隐伏油气藏，形成了气体地球化学最初的应用基础。

20世纪50—70年代，气相色谱、真空系统和质谱技术快速发展，使天然气中CH₄、C₂H₆、C₃H₈、CO₂、N₂、H₂、H₂S及稀有气体等组分能够被准确分离和定量。研究重点从“是否存在烃气异常”转向“气体由何种过程形成”。气体干燥系数、烃气组成及非烃气含量等参数，逐步用于判别生物成因气、热成因气和无机成因气。

20世纪70—80年代，稳定同位素和稀有气体同位素分析成为学科发展的重要转折。δ¹³C-CH₄、δD-CH₄、δ¹³C-CO₂等指标使甲烷、二氧化碳的来源判别更加可靠；³He/⁴He、⁴He/²⁰Ne及Ar、Ne同位素则为识别大气、地壳和地幔流体提供了独特“指纹”。气体地球化学由此走出油气盆地，进入火山、温泉、地热、地震和深部流体研究领域。

20世纪90年代以后，研究逐渐形成“气体组分—稳定同位素—稀有气体—地质构造”相结合的多指标综合框架。研究者不仅判断气体来自哪里，还可进一步识别混合、脱气、溶解、扩散、水岩反应与氧化还原等过程。进入21世纪，在线监测、膜进样质谱、激光光谱、团簇同位素、位点特异性同位素及人工智能数据解析不断推动学科前进。今天，气体地球化学已成为研究油气与氦资源、深部碳循环、火山地震活动、地下水循环、环境演变和地球宜居性的关键工具。

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