地球観測フロンティア研究システムは、現在既に活動している地球フロンティア研究システムのいわば兄弟の関係にあたるもので、現フロンティアがモデルやデータ解析によって地球変動の研究をするのに対し、新たに発足した地球観測フロンティアでは、野外での観測によって地球変動の諸過程を研究します。

　エルニーニョ、地球温暖化、氷期間氷期サイクルのような地球全体にわたる変動現象の解明（そして予測）には、全地球規模の観測や地球変動全体のシミュレーション、それに変動気候の要素となる個別のプロセスの解明を相互にフィードバックさせながら研究を進めていくことが肝要です。この中で、個別の物理過程（例えば、大気や海洋中での対流や雲による日射の散乱、反射など）の解明では、目的とする過程に着目して研究観測（実験観測）を行い、それに基づいて要素過程のモデルをつくります。そうして、それらを地球全体の大気・海洋のモデルの中に組み入れることにより、全地球の変動のシミュレーションが行われます。