В XX веке были сделаны значительные географические открытия в разных областях, включая Арктику, Антарктиду и Мировой океан.
6 апреля 1909 года Роберт Эдвин Пири достиг Северного полюса после перехода на собачьих упряжках по паковым льдам.
1 августа 1908 года члены экспедиции прибыли на корабле «Рузвельт» в Гренландию на мыс Йорк. 4 сентября 1908 года - достигли мыса Шеридан. На берегу о. Элсмир устроили зимний склад. 22 февраля 1909 года Пири направился к Северному полюсу. 22 марта 1909 года впервые была определена широта наблюдения 85° 48’ с. ш. 25 марта 1909 года определили широту, получив 86° 38’ с. ш. 6 апреля 1909 года в 10.00 часов Пири достиг Северного полюса.
14 декабря 1911 года в три часа дня экспедиция Рауля Амундсена достигла Южного полюса.
14 января 1911 года года корабль "Фрам" с членами экспедиции вошел в Китовую бухту Антарктиды. 20 октября 1911 года экспедиция отправилась к Южному полюсу. 23 октября члены экспедиции достигли первого склада на 80° ю. ш. и устроили двухдневный привал. 5 ноября в густом тумане был достигнут последний из заложенных ранее складов. 9 ноября команда достигла 83° ю. ш., где был заложен большой склад для обратного пути. 11 ноября показались Трансантарктические горы.17 ноября команда подошла к границе шельфового ледника.18 ноября начался подъём на Полярное плато.6 декабря норвежцы достигли наивысшей точки на пути: 3260 м над уровнем моря.14 декабря 1911 года в три часа дня Амундсен и его товарищи достигли Южного полюса. 26 января 1912 года норвежцы благополучно вернулись на базу "Фрамхейм".
17 января 1912 года Роберт Скотт вместе с четырьмя участниками похода также достиг Южного полюса, но обнаружил, что его на несколько недель опередила экспедиция Амундсена. Скотт и его товарищи погибли на обратном пути от холода, голода и физического истощения.
4 сентября 1913 года открыт архипелаг Северная Земля. Экспедицией руководил Борис Андреевич Вилькицкий. Новая земля получила название «Тайвай» по первым буквам судов «Таймыр» и «Вайгач». Впоследствии она стала именоваться «Земля императора Николая II». В годы советской власти этот суровый край назвали Северной Землей.
26 июня 1913 года суда «Таймыр» и «Вайгач» вышли из Владивостока. 24 июля транспорты разошлись для рекогносцировки ледовых условий. 7 августа экипаж «Таймыра» обнаружил к востоку от острова Новая Сибирь неизвестный ранее остров, который назвали в честь Вилькицкого-старшего. 19 августа «Таймыр» и «Вайгач» достигли мыса Челюскин, но подойти к нему не смогли из-за сплошного льда у берега. 20 августа Вилькицкий Б.А. решил обойти льды с севера. В этот день был обнаружен ещё один неизвестный остров, получивший впоследствии название остров Цесаревича Алексея. Ранним утром 21 августа моряки увидели высокие обрывистые берега новой, ранее неизвестной земли (на современных картах остров Октябрьской Революции). 22 августа (4 сентября) суда встретились в небольшой бухточке у невысокого ровного мыса, названного в честь зоолога и географа Л. С. Берга. Здесь Вилькицкий Б.А. объявил экипажам кораблей о присоединении новооткрытой земли к владениям Российской империи, после чего на мачте подняли национальный флаг. После открытия островов «Таймыр» и «Вайгач», не сумев пробиться сквозь льды, вернулись во Владивосток.
В 1926 году был открыт хребет Черского. Хребет Черского открыт Сергеем Обручевым во время экспедиции в Северо-Восточную Сибирь. В результате исследования был обнаружен новый горный хребет, по площади превышающий Большой Кавказ. По предложению Обручева он был назван хребтом Черского - в честь исследователя Сибири И. Черского, погибшего на Колыме.
Открытие произошло во время Индигирской экспедиции Геологического комитета ВСНХ СССР (1926 год). Сергей Владимирович Обручев возглавил экспедицию в восточную часть Якутии, в задачи которой входило пересечение Верхоянского хребта с запада на восток, изучение предполагаемого месторождения платины на ручье Чибагалах и пересечение Верхоянского хребта в обратном направлении в другом месте. С 15 июня по 29 июля 1926 года экспедиция совершила переход из Якутска к Индигирке (устье реки Эльга). С 1 августа по 2 сентября 1926 года -переход на Чибагалах. С 3 по10 сентября 1926 года экспедиция проводила разведку на Чибагалахе, с 11 сентября по 5 октября 1926 года - вернулась к устью Эльги. С 15 октября по 25 октября 1926 года экспедиция переехала от устья Эльги в Крес -Томтор (Оймякон). 10–15 ноября 1926 года совершена поездка на горячий источник Сатыган-Сылба. 28 ноября - 22 декабря 1926 года экспедиция вернулась из Томтора в Якутск.
В 1932 г. совершено первое сквозное плавание Северным морским путем с запада на восток за одну навигацию на ледоколе "Александр Сибиряков". 28 июля 1932 года корабль «Александр Сибиряков» вышел из Архангельска под командованием капитана В. И. Воронина, начальника экспедиции академика О. Ю. Шмидта. 3 августа 1932 года «Александр Сибиряков» достиг порта Диксон, где пополнил запасы угля. 14 августа 1932 года корабль подошёл к острову Домашний (архипелаг Северная Земля) на встречу с зимовщиками Г. А. Ушаковым и Н. Н. Урванцевым, составлявшим карты архипелага. В конце августа из Тикси ледокол продолжил путь на восток, взяв на буксир два колёсных ленских парохода, которые довёл до устья реки Колымы. Вблизи Чаунской губы «Александр Сибиряков» наткнулся на многолетние торосистые льды. Лишь к 10 сентября судно пробилось через торосы до острова Колючин.1 октября 1932 года капитан В. И. Воронин вывел «Александр Сибиряков» на чистую ото льда морскую воду у северного прохода в Берингов пролив. В Беринговом проливе его ждал вызванный по радио на помощь траулер «Уссуриец», который отбуксировал ледокол в Петропавловск, а затем в Иокогаму. Закончив ремонт в японском порту, 1 января 1933 года «Александр Сибиряков» вышел в море и 7 марта прибыл в Мурманск.
По итогам экспедиции было создано Главное управление Северного морского пути, которое возглавил Отто Шмидт. Главсевморпуть занялся строительством ледоколов и судов ледового класса, развитием полярной авиации, обеспечением радиосвязи и созданием метеостанций вдоль арктического побережья.
В 1937 г. немецкий путешественник Бурхард Вальдекер обнаружил самый южный из истоков Нила.
Он берёт начало у подножия горы Кикизи (Бурунди) и является частью водной системы реки Кагера, которая впадает в озеро Виктория.
В 1937-1938 г.г. проведены исследования на дрейфующей станции «Северный полюс-1» под руководством Ивана Папанина. Основная цель экспедиции - проведение научных исследований в условиях полярной ночи и изучение климатических, метеорологических и геофизических явлений.
22 марта 1937 г. с московского аэродрома поднялись в воздух самолеты полярной экспедиции и совершили посадку на аэродроме в 27 км от Архангельска. Колесные шасси были сменены на лыжные. 30 марта совершен перелет в Нарьян-Мар. Аэродромом послужил лед на реке Печора. 12 апреля самолеты приземлились у станции «Маточкин Шар» на Новой Земле. 19 апреля экспедиция добралась до базы на о. Рудольфа-ближайшем к полюсу. 21 мая 1937 г. самолет Водопьянова достиг полюса. Папанинцы высадились на льдине. В течение 274 дней льдина дрейфовала в сторону Гренландии, проплыв более 2500 км.1 февраля 1938 г. во время шторма льдина раскололась. Папанинцы очутились на обломке льдины 300 на 200метров. 19 февраля ледоколы «Мурман» и «Таймыр» сняли папанинцев с льдины.
14 апреля 1941 года геологом Кроноцкого заповедника Татьяной Ивановной Устиновой и проводником-ительменом Анисифором Павловичем Крупениным была открыта камчатская Долина гейзеров. Уникальный памятник природы находится в Кроноцком заповеднике в труднодоступном каньоне реки Гейзерная. Долина гейзеров входит в список семи чудес России и является частью объекта Всемирного наследия ЮНЕСКО «Вулканы Камчатки».
14 декабря 1958 года состоялось официальное открытие станции «Полюс Недоступности» в Антарктиде, которая размещалась в самой удаленной от океанического побережья точке материка.
Во время 3-й Советской Антарктической экспедицией к Полюсу Недоступности под руководством Е. И. Толстикова в 1958 году были открыты горы , названные в честь советского геофизика Григория Гамбурцева.
23 октября 1958 года — из «Мирного» вышел поезд из шести тяжёлых тягачей, одного вездехода «Пингвин» и семи саней. 3 декабря 1958 года — со станции «Советская» в юго-западном направлении вышли четыре тягача, каждый из которых вёз сани с запасом горючего и научным оборудованием.14 декабря 1958 года участники экспедиции достигли Полюса недоступности. Вблизи от Полюса недоступности геофизики обнаружили скрытый под шестисотметровым слоем льда горный хребет, который назвали хребтом Гамбурцева в честь академика Григория Гамбурцева.18 января 1959 года участники похода к Полюсу вернулись в Мирный.
23 января 1960 года люди впервые в истории спустились на дно Марианской впадины: глубина погружения составила чуть менее 11 км. Уникальное исследование проделали на батискафе «Триест» швейцарец Жак Пикар, сын создателя аппарата, и американец Дон Уолш. В глубинных слоях воды они увидели креветку и рыбу, похожую на камбалу. К удивлению ученых, дно оказалось твердым и удобным.
17 июля 1962 г. атомная подводная лодка «Ленинский комсомол», совершив поход подо льдами Арктики, всплыла в районе Северного полюса.
В 1996 г. определена точная точка истока реки Амазонка. Исток был найден в Андах, расположенных в Перу. Он представляет собой маленький ручей Апачета. Пройдя определённый путь, ручей Апачета, сливаясь с другими ручьями и реками, превращается в Апуримак, а дальше через Укаяли - в Амазонку.
В 1996 г. открыто подледное озеро Восток в Антарктиде. Существование озера Восток , как и других подлёдных озёр, было предсказано (опираясь на данные исследований и теоретические обоснования) А. П. Капицей ещё в 1955—1957 годах. Озеро Восток находится в районе антарктической станции «Восток» (77 градусов южной широты, 105 градусов восточной долготы). Оно расположено под ледяным щитом, толщина которого составляет около 4000 метров. Размеры озера примерно 250 на 50 километров, приблизительная площадь составляет 14 000 квадратных километров.