Тісно пов'язана із землезнавством, геологією, біологією та іншими природничими науками. Давню природу земної поверхні відтворюють шляхом дослідження решток, що збереглися (палеогеографічних пам'яток), та слідів (палеогеографічних індикаторів), що спільно утворюють категорію палеогеографічних документів. Палеогеографія широко застосовує загальногеографічні методи й інструменти в історичному аспекті, виробивши на їхній основі власні спеціальні: палеогеоморфологічний, ~педологічний, ~кліматичний, ~ландшафтний та інші. Практичне завдання науки полягає у розробці палеогеографічних аспектів основ раціонального природокористування при пошуках і розвідці корисних копалин, меліорації земель, прогнозуванні майбутніх змін сучасного стану навколишнього середовища тощо.