地质旅游学的特点之一是综合性强，它的另一个特点是实用性也很强，属于应用性学科。因此，在研究过程中就要综合运用多种研究方法和手段，理论联系实际，这样才能保证本学科的科学性、实用性。地质旅游学的研究方法不但囊括了许多相关学科的研究方法，还具有其特有的研究方法。
一、实地调查法
旅游环境系统是由多因素构成的复杂系统，尤其是复杂的地质旅游环境，因此要揭示其内在机制，探寻保护地质旅游环境的途径，其研究必须要建立在大量实测资料的基础上。实地调查法是通过直接的观察、访问、记录、问卷调查和测量等手段搜集和积累大量准确翔实的感性资料作为理性分析依据的研究方法。对地质旅游环境进行实地调查要在具体的旅游区域中研究大气、水、土壤、生物等资源及环境状况、居民和游客的满意度、旅游设施状况等问题。实地调查法要结合归纳法和统计分析法，将对地质旅游环境的监测、观察、实验所获得的资料进行综合归纳、统计分析等理性的加工，把旅游发展与环境保护之间相互关系的本质及运动规律抽象出来，然后上升到理论的高度，并且在实践过程中接受进一步的检验。在实地调查中要实事求是，以唯物辩证观作为指导思想，保证所获资料的准确性、客观性，为之后的综合分析研究提供科学的基础，以便最后得出正确结论（孙克勤，2010）。
二、比较分析法
地质旅游环境系统中各要素的特征大都是相对的，通过比较而存在的，即所谓有比较才能有鉴别。比较法有区域对比和分类对比两种。区域对比是指依据区域的差异性和相似性进行比较研究，如对两个自然保护区进行研究，比较它们的相似性和差异性，从而相互借鉴环境保护措施，促进各自的地质旅游环境保护；分类对比是对地质旅游环境进行分类，进而正确地对其进行定位，这样就可以对不同类别的地质旅游环境采取不同的措施，更有利于地质旅游环境的保护（蒋素梅，2009）。在实际工作中要注意区域间的可比性，主要是类型的可比性、范围的可比性、结构或水平的可比性等，如果对比的条件不一致，就不可能得出正确的结论。近年来采用类比法研究的成果不断涌现。可以预见，类比法将是地质旅游学研究的有效方法，具有广阔的应用前景。
三、数学方法
以数学方法研究现实世界的数量关系和空间形式，具有高度的抽象性、严密的逻辑性和广泛的应用性。因此，数学方法是人们认识自然改造自然的基本工具之一，是地质旅游学的研究方法之一。地质旅游学在进行有关定量分析及旅游的环境效益等问题的研究中，数学方法发挥了很重要的作用。数学方法在地质旅游学中的应用一般包括统计法、统计预测法、线性规划以及一些数学模型等。地质旅游学研究内容广泛，不可能获得所有的第一手资料，这就导致研究过程中所获得的第一手资料并不完整，因而需要通过数学方法，如统计预测法，对不完整的第一手资料进行分析处理，经过构建分析、检验假设、理性分析等过程，最后得出结果（傅广海和殷继成，2009）。例如，地质旅游资源环境容量评价，由于其影响因素较多，且很多因素具有不确定性，因此它是一种半定性半定量的评价，这就要用到数学中的灰色建模系统。地质旅游资源容量包括旅游自然容量、旅游社会容量、旅游经济容量、旅游心理容量和旅游管理容量等，其各个分容量的计算也需要用数学公式。可见数学方法在旅游环境保护学中具有重要的作用，它可使这一学科的一些研究朝着精确的定量方向发展。
除以上方法外，分析综合法、归纳演绎法、科学抽象法、统计分析法、专家预测法等也都是地质旅游学的基本研究方法。这些方法为地质旅游学研究创造了基本条件。地质旅游问题不仅涉及自然生态环境，而且涉及人文社会环境，因此，在研究中要将自然科学方法（如利用仪器设备等手段，对旅游自然资源、文物古迹等进行监测、观察和实验等）与社会科学方法（如比较分析、社会调查、统计分析和专家预测等）相结合，这样，可以使研究结果更客观、更科学。