該計畫的主要科學目標是：描述和認識控制整個地球系統相互作用的物理、化學和生物學過程；描述和理解支持生命的獨特環境；描述和理解發生在該系統中的變化以及人類活動對它們的影響方式。其套用目標是發展預報理論，預測地球系統在未來十至百年時間尺度上的變化，為國家和國際政策的制定提供科學基礎。該計畫具有高度綜合和學科交叉的研究特點，標誌著地球科學和巨觀生物學的研究跨入了一個新的深度和廣度。IGBP由8個核心研究計畫和3個支撐計畫所組成。3個支撐計畫為全球分析、解釋與建模（Global Analysis，Interpretation and Model，GAIM），全球變化分析、研究和培訓系統（Global Change System for Analysis Research and Training，START），IGBP數據與信息系統（IGBP Data and Information Systems，IGBP－DIS）。8個核心研究計畫分別為：
（1）國際全球大氣化學計畫（International Global Atmospheric Chemistry Project，IGAC）
該計畫由IGBP及國際氣象和大氣科學學會所屬的大氣化學和全球污染委員會共同支持，它的目標是認識全球大氣化學組成、陸地和海洋生物圈過程以及人類活動對它的影響，從而達到在全球尺度上預測自然和人為因素對大氣化學組成的影響的目的（孫成權等，1996）。
（2）全球海洋通量聯合研究計畫（Joint Global Ocean Flux Study, JGOFS）
該計畫於1990年3月正式確定並開始實施，主要側重海洋內部以及海洋邊界在海洋生物和化學、海洋循環和相關物理因素以及人為活動的影響下的碳交換過程。它主要分析和預測區域至全球尺度大氣－洋面－洋底系統碳的季節和年際變化，為解釋氣候變化的成因服務。
（3）過去的全球變化研究計畫（Past Global Changes, PAGES）
PAGES的實施計畫形成於1991年3月，它通過對歷史資料和自然記錄(如保存在樹木年輪、湖泊和海洋沉積物、珊瑚、冰芯中的自然信息)的研究，並藉助於有效的現代物理、化學分析技術恢復過去環境的變化並區分自然因素和人為因素的影響，以此為依據，檢驗未來全球變化預測模型。PAGES計畫目前集中於研究兩個時間階段，一是最近2000年的地球歷史；二是晚第四紀的最後幾十萬年的冰期、間冰期旋迴。
（4）全球變化與陸地生態系統（Global Change and Terrestrial Ecosystems, GCTE）GCTE旨在分析全球尺度上大氣成分、氣候、人類活動和其他環境變化對陸地生態系統結構和功能的影響，預測未來全球變化可能帶來的農業、林業、土壤和生態系統複雜性的改變。近期的工作主要圍繞以下5個方面展開集成研究：①全球大氣化學是如何發生作用的?在痕量氣體的生消中，生物過程起著什麼作用?②全球變化是怎樣影響陸地生態系統的?③土地利用、海面升高和氣候變化如何改變海岸生態系統，其後果是什麼?④海洋生物地球化學過程是如何影響和回響氣候變化的?⑤過去發生過什麼重大的氣候和環境變化，原因何在?
（5）水文循環的生物學方面（Biospheric Aspects of the Hydrological, BAHC）
BAHC主要是研究植被在地表和大氣水文過程中的作用。它的兩個主要目的是：①通過野外測量，確定生物圈對水文循環的控制，發展從小塊植被到大氣環流模式(GCM)格線單元尺度上的土壤－植被－大氣系統中能量和水通量模式；②建立能用於描述和驗證生物圈和地球物理系統間相互作用模擬結果的適當資料庫。到2002年底，BAHC的中心任務是為新的陸地－大氣界面行動的展開以及由IGBP，IHDP和WCRP聯合發起的新的有關水問題的聯合計畫服務。
（6）海岸帶的海陸相互作用（Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone, LOICZ）
LOICZ側重模擬和預測10年尺度上海岸帶對全球氣候變化的回響，為沿海地區的長期可持續發展、經濟和社會政策服務。研究內容包括：①外力或邊界條件的變化對近海通量的影響；②海岸生物地貌學與海平面上升；③碳通量與痕量氣體的排放；④全球變化對海洋系統的經濟和社會影響。
（7）全球海洋生態系統動力學（Global Ocean Ecosystem Dynamics,GLOBEC）
GLOBEC於1995年確定，主要目標是認識全球海洋生態系統及其亞系統的結構和功能，提高海洋生態系統對全球變化回響的預測能力。與傳統的為漁業服務的種群動態研究不同，它側重於分析生態系統內部的相互作用。
（8）土地利用與土地覆蓋變化（Land Use and Land Cover Change, LUCC）
進入90年代以來，全球環境變化研究領域逐漸加強了對LUCC的研究。這主要與該領域具有全球影響的兩大組織IGBP和IHDP的推動有關。這兩個組織自1990年起開始積極籌劃全球性綜合研究計畫，於1995年共同擬定並發表了《土地利用/土地覆被變化科學研究計畫》，提出3個研究重點：
土地利用變化的機制。通過區域性個例的比較研究，分析影響土地使用者或管理者改變土地利用和管理方式的自然和社會經濟方面的主要驅動因子，建立區域性的土地利用/土地覆被變化的經驗模型；
土地覆被的變化機制。主要通過遙感圖像分析，了解過去20年內土地覆被的空間變化過程，並將其與驅動因子聯繫起來，建立解釋土地覆被時空變化和推斷未來10~20年的土地覆被變化的經驗診斷模型；
建立區域和全球尺度的模型。建立巨觀尺度的，包括與土地利用有關的各經濟部門在內的土地利用—土地覆蓋變化動態模型，根據驅動因子的變化來推斷土地覆蓋未來(50～100年)的變化趨勢，為制定相應對策和全球環境變化研究任務提供可靠的科學依據。在未來50～100年的土地覆蓋變化中，人類的土地利用活動將起到最主要的作用。因此，對自然和社會經濟各種因素作用下的土地使用者和管理者的行為分析，是建立土地利用和土地覆蓋變化模型的重要組成部分。這類分析通過區域性個例研究進行，為全球性模型的建立提供依據，並對後者進行驗證。
