Con Aristóteles (184-122 a.C.), y en especial con sus obras De caelo y Meteorologica, se inauguraba una nueva etapa en la Geografía Física. En plena discrepancia con las tesis pitagóricas que entendían la Tierra como un astro, producido por su movimiento circular en torno al centro del día y de la noche, él sostenía la geocentricidad del Universo. A la ecúmene atribuía una forma troncocónica, situada en la parte septentrional de la superficie de la esfera terrestre, y suponía la existencia de otra ecúmene análoga, situada en el hemisferio sur.

Aristóteles intentó explicar los mecanismos de los fenómenos físicos, incluida la habitabilidad de las zonas terrestres, elaborando todo un sistema teórico. Para ello se basó en los cuatro principios antitéticos de sus predecesores (cálido-frío-seco-húmedo), en sus combinaciones binarias. Consideraba que las transformaciones no eran posibles sino a través del pasaje de un elemento inmediatamente próximo. Por ejemplo, no se podía pasar del agua (fría y húmeda) al fuego (cálido y seco) sin la mediación del aire (cálido y húmedo). Todas las transformaciones eran consecuencia del doble movimiento del sol, diario en longitud y anual en latitud, y los cambios de temperatura que suponía dicho movimiento. Sostenía que estos mecanismos afectaban, por ejemplo, al nacimiento de los ríos en las montañas, ya que éstas atraían el agua vaporizada, la enfriaban y una vez concentrada, la devolvían en forma de cursos de agua. Explicaba las mareas como debidas a la acción de los vientos que, de forma variable, se interponían entre el Océano y el sol condicionando los efectos solares sobre las aguas. A la acción de vientos subterráneos achababa los terremotos, en una transposición en el interior de la Tierra de los mismos agentes-principios que se manifestaban en la superficie. En cuanto al hombre, defendía la teoría del influjo ambiental sobre el comportamiento humano: así, los europeos eran "fuertes", mientras que los asiáticos, a causa de los agentes ambientales, eran "débiles". Sumergido en tales investigaciones etiológicas, no muestra apenas interés por la geografía descriptiva.