A grande diversificação e ampliação do espectro de abrangência da geoquímica nos dias atuais fizeram desta disciplina uma ferramenta de escolha não só nos vários campos da pesquisa científica, como também na solução de problemas em diversas áreas das atividades humanas.

No campo da pesquisa científica básica a geoquímica é fundamental nos estudo da gênese e evolução das rochas ígneas, metamórficas e sedimentares; no estudo da distribuição e migração dos elementos e seus isótopos entre as diversas partes que compõem o planeta, assim como na gênese e distribuição dos depósitos minerais na crosta terrestre.

No âmbito das aplicações da geoquímica como disciplina auxiliar no atendimento das diferentes necessidades da sociedade contemporânea destacam-se a prospecção geoquímica e a geoquímica ambiental.

A prospecção geoquímica, utilizada principalmente na busca de recursos minerais, tem desempenhado um grande papel na descoberta de importantes jazidas minerais nos últimos 50 anos, em todo o mundo. Nesse aspecto, seus grandes usuários têm sido os serviços geológicos nacionais e estaduais em diversos países do mundo, assim como as grandes empresas de mineração multinacionais. Além da exploração mineral voltada para os depósitos de minérios metálicos, a prospecção geoquímica também tem sido utilizada na procura por minerais radioativos e combustíveis fósseis. Dados geoquímicos são úteis no estudo dos ambientes deposicionais, e a geoquímica de superfície pode ajudar a determinar a probabilidade de se encontrar óleo ou gás em profundidade.

A geoquímica ambiental tem uma história mais recente, porém de grande desenvolvimento nas últimas décadas. Seu campo é vasto, abrangendo o estudo da química dos oceanos, desde o fluxo de poluentes nas zonas costeiras, aos efeitos hidrotermais nas zonas profundas; o estudo da distribuição do dióxido de carbono e outras substâncias na atmosfera, como, por exemplo, as emissões industriais que provocam as chuvas ácidas; o estudo das águas superficiais de lagos e rios e das águas subterrâneas, importante na determinação da qualidade das águas para consumo humano; e o estudo dos efeitos nocivos à saúde humana dos resíduos urbanos e dos defensivos agrícolas. Técnicas geoquímicas de amostragem, análise e estatística de águas e sedimentos superficiais permitem separar anomalias geoquímicas naturais de anomalias oriundas de atividades humanas e assim auxiliar na prevenção ou remediação de danos ecológicos. Como um instrumento de diagnóstico e monitoramento do meio ambiente, a geoquímica também inclui entre seus grandes usuários os governos nacionais, estaduais e municipais, as organizações não-governamentais com preocupações ecológicas e empresas privadas com grandes projetos industriais, que necessitam avaliar os impactos negativos que suas atividades podem causar ao meio ambiente.