应用特定的实验思路、实验方法、观测仪器、观测手段，针对地理学中的空间结构、时间过程、人地关系、时空耦合等基本对象，获取不同尺度物质、能量和信息的连续纪录（或离散纪录），为发现、修正、识别、检验地理学基本规律的资料积累和提供证据，形成地理系统可测、可比、可控、定量化的一般规范，再加上实验设计、实验运行的理论和方法的研究等，所有这些共同构成了实验地理学的体系和内容。一切实验工作，其目的都是为了识别地理关系，其表现都是为了获取地理信息，其手段都是人的感官的延伸。

为了满足探索未知事物的冲动和愿望，人们总是应用一切可能的工具，在不同层次和深度中，完成对地理学的认识。按照德国著名地理学家赫特纳的概括，地理学的知识，一般要通3种活动去获取：①空间知识的“发现”。一旦踏入某个地区，首先要取得对该空间范围的景观认识，这在主观方面是必须多次重复进行的活动；②进一步确定这个地区的位置以及空间关系，它势必引起定位观测工作的进行；③了解这个地区地理事物的内容和本质，深入揭示每一种地理现象随时间变化的规律。要做到这一点，一般的“空间定位观测”已经不够，还要求对各种有形、无形的“地理流”，进行在统一尺度上的方向、速率、强度、变化、直至整体效应的判断。唯有如此，地理学的实验思想、实验设计和实验手段，才会进入一个更高的层次，以得到对于物质迁移、能量转换以及各种参数的真正度量。以上3种活动，互相密切地综合在一起，共同形成现代实验地理学的基本内容。在古典地理学中，人们获取基本信息的工具，主要靠研究者个人。近代地理学时期，地理学者已使用望远镜、罗盘、高度计、温度计等工具和仪器，估计高度、长度、面积、冷热等物理量。洪堡等的野外调查，19世纪末20世纪初众多地理学家的科学探险，随身携带的这些必备测量工具，直至目前仍然是综合考察中不可缺少的装备。在此期间，一些著名的地理学家已十分向往地理学的实验研究。

在1908年纽伦堡地理学家会议上，和后来在哈勒召开的第二次德国地理学家会议上，进行实验地理学的讨论，对阿·彭克等在巴伐利亚阿尔卑斯山湖泊的定位观察结果，表现了极大的兴趣和震动。按照赫特纳的话：“当时所有在场的人，都感觉到了观察比纯粹文献研究的优越”。

直到20世纪50年代，地理学逐渐进入现代阶段，剖面式、非连续的测定已经不能满足对地理学规律的全面揭示；有形、简单、不深入系统内部的观察，也不利于对区域的整体把握和宏观展现。只有对“时间断面信息”与“空间断面信息”实施交叉、耦合、同步和综合的索取，以及现代科学技术手段的投入，实验地理学才取得了实质性进展。实验地理学有不少分支，如各类地理模拟实验、各类地理数据测定、地理遥感实验、不同经济模式对比实验、地理时空耦合关系实验研究等，包括地理定位实验研究，均是十分重要的分支。