地理学对象是实在的，这就指出地理学理论发展要走实证科学的道路，以实证方法为主体．我们强调过，在这方面地理学要向物理学、经济学①学习：由经验出发，提出假设和概念，并且把这种概念数学化．用数学化的概念表达假设，然后由数学化的假设出发，采用数学家千辛万苦发展来的，有坚实逻辑基础的数学方法，推导出新的结论，最后把这种数学化结果的地理学意义表达出来．由于概念是数学化的，从数学化的结果到地理判断的过程变得驾熟辕轻了，也就不会出现今日“数量地理学”中常见的为数学而数学的现象．总之，通过与物理学、经济学的对比，地理学理论发展要奏三部曲，首先建立数学化的概念与假设，然后在此基础上进行数学分析，最后把数学分析结果的地理意义表达出来．没有这三步，就会倒退．
虽然物理学提供的三部曲是值得地理学接受的，但物理学的还原主义方法则是不适于处理所有地理问题的．地理学对象具有多因子性和中观性，这使地理事物的过程异常复杂化，从机制上来说明有众多因子作用、众多过程发生、众多单体参加的过程，几乎是不可能的．然而地理学家长期以来已发展了一套功能主义的方法，只重状态，不重过程；只重对应关系，不重机制．实际上了解机制与过程并不重要，重要的是掌握对象的状态演化行为，功能主义的方法是地理学的优秀传统，在今天，它直接导向了系统数学成为地理分析的重要手段．因为今天的数学家们已把系统数学建立起来了，情况已大大不同于上个世纪时地理学家采用系统思想来处理地貌问题的情形．功能主义的系统分析方法，是地理学的有力工具，它特别适合于中观层次的多因子问题．
至此我们看到，关于地理学以定量为主还是以定性为主的争议是无意义的．性和量是不可分的，“中国地形存在三个阶梯”，既是定量又是定性，把概念数学化后，定量分析的每个步骤也是定性的．地理系统的概念本身是数学化的经验模型，由它刻化的地理事物的状态演化，也是定量与定性融为一体的．关于地理学定量与定性问题的争论无助于地理学的发展，“定性’与“定量”这两个旧有意义上的概念，应该放弃．现在的问题是Morrill(1987)提出的“理论是必不可少的”．理论如何建立，参考其他理论学科，走证实与规范科学的三部曲之路，走功能主义的方法与还原主义的方法相结合的道路．
在现代地理学中，功能主义与还原主义相结合，已经发展了一对基本分析范畴：系统构型和作用过程．系统构型是地理事物的数学抽象，我们分析地理事物的系统特性，即状态与结构的演变，从目前的情况看，系统构型分析可把地理系统包括稳态系统、动态系统、控制系统、宏系统和巨系统五种．它们的数学基础分别是运筹学、动力系统论、控制论和统计力学等．对应的作用分析可把过程处理作下述基本作用：流体作用、热力学作用、经济作用、行为作用和粒子作用等，它们以各自的对应的科学分支为基础，其中粒子作用因为是特殊的“地理粒子”，不可直接利用粒子物理学理论，但许多方法与模型是可以借鉴的．动态系统、流体过程是地理学分析的观念性范畴，实在的地理过程和系统如我们表述过的那样包括地貌过程、气候过程、生态过程、海岸带(环境资源系统)、城市等(后者是一般的地理系统．将地理过程和地理系统作为实在现象，引用功能主义和还原主义方法分析，这是地理学从 physical geography发展起来的分析方法论，可以称之为物理主义方法论．本书的重点在于从基本的分析范畴如宏系统、流体作用来理解一般的地理过程和系统，是物理主义为主的．
把地理事物作为一般的物理事物，采用物理学的分析方法去发展理论，这是其它学科理论化的基本道路，如理论化学、理论生物学等，为地理学理论学科提供了基本榜样．然而，仅有物理主义的思考是不够的，这是因为地理事物的巨观性(或中观性)．实际的物理上的(而不是数学逼近形式的)地理系统已被公认为一类复杂巨系统，其组成单元多而性质各异，常达107—1010量级，但这又不是宏观统计所需的1023数量级，这种巨系统演化过程复杂，其个别单元的跃迁可能成为引导因子，而这种跃迁完全是偶然的，不足于具备统计规律的．同样的，个别时段的事件，也可能历史性地决定区域系统的功能或环境系统的演化方向，如最初偶然原因对城市位置的选择、人口的迁移等，或者森林火灾、大河决堤等．因此，必须历史地理解地理学，这就意味着历史主义的地理分析观念，历史主义的地理观的基本观点如下(王铮、吴必虎，1991)：
(1) 地理系统的偶发性
一个城市的出现往往决定了一个区域的功能，而一个城市出现在哪里，可能有自然的、军事的、文化的、经济的、或行为的原因，在历史主义地理学观中，城市的出现被看成地理学以外的原因，因此是偶然的，是一种随机干扰，可能从地理上找原因，只能将其作为历史的后果．如果随机干扰不发生，区域完全有可能沿着另外的路线发展，历史的契机决定着发展．在自然地理学中，偶然的洪水，可能给环境带来根本的改造，也可能引发区域人文景观的变化，随机干扰在这里起了决定作用．又如，某次大战役的胜负，可能取决于某项偶然的原因，带来其后连锁的政治地图和空间关系的变化．总之，对一个地理系统来说，随机干扰达到了一定的程度时，成为了地理过程的一种历史契机，一个新的系统过程或状态、结构也就开始了．也正由此，地理事物发展具有多向性或不可料性．观察证明，地理事物环境，区域与二者的载体——地方，发展的关键只有几步，而且历史中的每一步都可能成为关键性的历史契机，我们称这一点为地理系统的偶发性．
(2) 地理过程的序列性
地理过程是与地理系统同时被确立的科学范畴，在许多情况下，我们用状态序列来描述或确定过程．地理过程被解析为序列，这是历史主义地理学的基本作法，如在古气候学、古地貌学、历史地理学中，我们总是由一次次记录构成序列，来描述地理过程或地理系统的变化，序列被认为具有无疑的代表性．
序列性原则的结果，引导了地理学广泛采用了“时间序列分析”方法，内在联系被舍去了，只把对象看成一个特定的功能体，有一定的状态序列，序列之间有明确的统计规律，尽管可能尚未发现．近来，在气候学中出现了“情景分析”的做法，历史的气候或天气形式被视作情景，历史上出现的情景可能在未来出现．有人认为，情景之间构成了一个情景序列，它们的转化关系，是马尔可夫型的；另有学者认为，存在着某种根本无序的转化关系，情景只有统计分布可循．关于这一点我们尚不知孰是孰非．情景分析的方向，正推广到生物地理学等领域．
(3) 瓦尔特相律
瓦尔特相律最初的意义是来自沉积学的，它认为某点的地层在时间上出现的序列关系，必然为空间所重复．显然相律现象在地理学中是比较普遍的．一个城镇体系空间从都市到大城市、中等城市和小城镇，这个空间序列正是大都市在历史上曾经经历的序列过程．又如，汉语方言景观的变化，从唐宋时代到现代，在时间序列上存在着变化，而这种变化又可从北方方言区、吴方言区、闽方言区、客家方言区、粤方言区等空间关系上追溯，正因如此，语言地理学家通过研究南方的方言来映射探讨古代的语言．考古地理学和人类地理学也可以为我们提供这方面的例证．
瓦尔特相律的数学对应物，似乎是各态历经性；但瓦尔特相律本身与各态历经并不相同．相构成了一个序列，“一荣俱荣，一损俱损”，序列结构特性的变化，往往由序列以外的干扰所致，态则只有统计关系，相律确定的空间与时间的序列性，各态历经性是系统与时间的对应性．瓦尔特相律实际上更像是一种混沌关系，局部存在自映射的相似性，接近某正常轨道，但它又易为干扰所破坏，这一点必须注意．关于瓦尔特相律，尚需进一步认识，概率解释、混沌解释，都不充分．
(4)行为分析
地理学思想中，行为分析方法是近来才兴起的新角度．它的特征在于深入研究人类的环境感应(environmental perception)和空间行为，以深刻认识人地关系．过去我们的分析，仅从环境本身出发，而将人视为一种常数．然而事实并不是这样，人是文化的产物，它与环境接触后表现出不同的行为，用人本身对环境的映象来解释，了解人类的行为，可能从主观角度把握景观在人的行为参与下，将发生的一系列变化．
地理学一旦用行为方法观察空间关系和时间过程，就改变过去纯粹的客观描述和物理刻画，解释了物理分析所解释不了的现象．例如，运用行为分析方法，对产业区位理论进行了修正，发展了工业惯性的概念，解释了许多空间现象．又如，运用意境地图(mental map)和风险决策(risk decision)的概念，形成资源开发利用，环境管理等方面一种新的有效的地理观点．
最后，我们还要提及地理过程的滞后效应问题．滞后效应是地理系统发展变化中的较普遍的现象之一．例如，某些地区会出现与地带性植被不一样的植被，它们实际上是气候尚未演变时，原有地带性植被的滞后．又如，在广泛区域中的方言区中，历史时期的一小群移民保留其原有方言，形成方言岛，则是文化地理中的滞后现象．在这里，更为重要的是，同样的作用发生时，地理系统原有的状态或结构不同，会产生不同的演化系列．关于地理过程的滞后效应，还需要更多的研究．
必须指出，地理学中的历史主义与物理主义是一对基本概念或基本范畴，是我们对地理事物透视的两个角度．地理事物本身是客观的，而理解是主观的，没有理由认为哪些地理事物是物理的，哪些是历史的，二者皆是．同时要认识到，空间分析不仅对应着物理主义，也对应于历史主义；而时间分析不仅对应于历史主义，也对应着物理主义．也就是说空间分析中也不乏历史主义的成分．例如，把小城镇模式用于估计城市在历史上的小城镇情景，通过物理主义的还原或功能方法，把地理事物过程解析描写出来，则是显然的时间分析．顺便说一句，在西方有的学者把“地理系统”定义作“具有空间联系”的事物构成的整体，这是比环境、区域认识肤浅的．没有时间分析，也就没有了科学的地理学．