表层地球系统由陆地、海洋、大气和极地组成，是由水圈、岩石圈表层、土壤圈、生物圈和人类构成的一个整体。表层地球系统可再分为陆地-海洋系统；大气-海洋系统；陆地-大气系统。
表层地球系统科学涉及化学、物理、生物、数学和应用科学，跨学科研究表层地球系统关键带各组成单元及其整体系统运行规律的科学。主要研究内容包括表层地球系统关键带结构及其在过去、现在和将来的变化规律、各圈层多过程耦合机制、各圈层及其圈层间物质能量传输、系统功能变化与可持续管理等。
表层地球系统科学研究院（简称“地科院”）拥有一支朝气蓬勃、年轻且高素质的研究队伍和技术支撑人员，正在逐步组建具有国际水准的地球化学分析平台和研究技术支撑系统，在十三五期间将逐步建成：
1）主量/微量物质分析平台
2）同位素组成分析平台（常规、非常规）
3）物质结构与形貌分析平台
4）加速器质谱分析平台
5）模拟实验研究与分析平台
6）野外长期观测研究平台
地科院拥有独立的分析和实验室空间，位于天津大学16号教学楼一层、四层和五层。技术支撑平台具备两套独立的纯水制备系统，仪器间洁净系统、实验室门禁及监控系统。大型公共实验室（含特色实验室），以及学科组专业实验室主要位于16号教学楼的四层和五层，公共实验室按功能分为：无机实验室、有机实验室、生物实验室、化学前处理超净室（千级）、理化分析室、高温室、天平显微镜室、纯水制备间、冻干机室、冷藏冷冻室、样品储存室等；大型仪器设备全部安置在实验楼一层。目前，0.5MV加速器质谱分析计1台（型号XCAMS）、多接收电感耦合等离子体质谱仪2台（MC-ICP-MS；型号分别为Nu Plasma 3D，Neptune Plus）、气体同位素质谱仪4台（型号分别为253 Plus和Delta V系列）、双系统离子色谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）、液态水水汽同位素分析仪、二氧化碳碳同位素分析仪等大中型仪器设备已投入运行。已购置的高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用仪（HPLC-ICP-MS）、气相色谱-四极杆飞行时间质谱仪、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）、超高分辨傅立叶变换离子回旋共振质谱仪、热场发射扫描电镜等很快到位。
地科院以研究目标导向为主，建立了完善的运行机制、管理办法、考核标准等一系列的规章制度，确保技术支撑平台的仪器设备正常运转。大型仪器实行专人共管，由创新型科研人员和高素质的实验技术人员进行平台管理，确保仪器设备的正常运行；指导学生进行技术实践，提高技术实验平台的综合效率。通过对技术支撑系统的统筹规划、合理布局，施行统一管理、高效运行、开放共享的管理模式，最终为地科院的科研与对外合作提供强有力的支撑。