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在地中海流域希腊化时代和中国古代，地理学也很繁荣，出现了一批地理学家，提出了一些很有价值的理论思想。
埃拉托色尼（前275～前195）曾任亚历山大图书馆馆长，他第一次用“地理学”的名称来代替传统的“地方志”，并建议在地理学研究中采用物理学的原理与数学的方法。
他认为地球同整个宇宙一样是球形的，地表的地震、蒸发等变化都不会改变地球总的形状，因为在这样巨大的范围内，任何显著的变化都是看不出来的。但他又强调地球表面在不断地运动变化之中。他说他常在陆地上发现贝壳、古代海船的碎片和含有海水的湖泊。他赞同被人称为“物理学家”的斯特拉唐的看法：海洋干旱后就变成了陆地。
在我们居住世界的周围是海洋还是大陆？这是古代地理学家有争论的一个问题。埃拉托色尼是海洋论者。他根据印度洋与大西洋潮汐的相似，主张两洋相通，欧亚非三大洲连成一片，因此乘船从西班牙出发，绕过非洲南端，就可以到达印度。他错误地认为里海是北冰洋的一个海湾。
尤其宝贵的是他计算了地球的大小，他所用的方法简单而又科学。夏至的正午，在距离亚历山大约5000斯塔季亚的塞恩城（现今的埃及阿斯旺水坝附近），阳光可以一直照到井底，所有直立的物体都没有影子。而这时的亚历山大城，直立物体都有一段很短的影子，说明照在亚历山大城的阳光与直立物体形成了一个夹角，这个夹角应当同假想的从地心出发，引向塞恩城与亚历山大城的两根直线所形成的夹角相等。那么测出亚历山大直立物体与阳光的夹角，再利用两地相隔的距离就可以计算出地球的圆周长度了。他测出这个夹角大约是7度，约为地球圆周的1/50。因此地球圆周长是25200斯塔季亚。这个数值约为40000千米，实际上地球赤道的长度是40076千米。在那样的时代埃拉托色尼能将地球大小测得如此准确，实在难能可贵。
古罗马地理学家辛尼加（前4～后65）的主要著作是《自然科学诸问题》，书中详细地描述了水、气、风、地震等各种地理现象。他认为地球表面上的一切都在变化。空气在动，风就是向一个方向流动的空气。但不能简单地说“风是空气的流动”，因为空气一直在动，决不会完全静止，只有当空气往一个方向运动时才形成风。空气本身具有运动的力量，这种力量不是从别的任何地方得来的，而是蕴藏在它内部。水在动，即使在风平浪静时也是如此，因为水是生机勃勃的东西。火在动，因为火本身也有某种力量。因此整个地球也在不断地动。地球的运动共有三种：震动、摆动与颤动。
同埃拉托色尼相反，辛尼加是大陆论者。他认为大西洋并没有人们通常说的那么大，在顺风时几天就可以横渡过去。在他写的悲剧《美狄亚》的一场中，合唱队唱出了这样的诗句：
这样的时候即将来到，
那时，海洋摆脱大自然的锁链，
一片广阔的大地将被发现，
西提斯将要揭露许多的新地方，
弗列岛不再是世界的边缘。
这几行颂诗被后人视为发现美洲新大陆的惊人预言。
他告诫读者，既要虚心听取古人的意见，又不要迷信古人。前人的说法可能有错误，比如在尼罗河水为什么在夏季上涨的问题上，泰勒士、阿那克萨哥拉等人的看法就是不正确的。因此，每一代人都要进行新的探讨，作出新的贡献。他强调人们不能满足于观察自然界的表面现象，而应当以很大的勇气去揭露自然界内部的秘密。
斯特拉波（约前63～约后20）曾在亚历山大图书馆工作，83岁时完成了43卷的《历史学》后，又写了17卷《地理学》。他认为研究地理学是哲学家应尽的职责，因为只有具备多方面知识的人才能研究地理学，而这些知识正是哲学家所特有的。他反对盲目抄袭亚里士多德的著作，主张地理学要提供对我们居住世界的真实描述。他指出不懂得天文学、几何学、气象学，就不可能研究地理学。测量地球的人可以从天文学家那里获得原理，而天文学家又可以从物理学家那里获得原理，所以地理学家应从别的学科吸取有益的东西。地理学同国家的政治生活、人们的日常生活都有密切的关系。他的书是为行政官员与军事首领而写的，目的是为他们提供情报与资料。他认为大陆在做垂直的升降运动。“不仅小的岛屿可以与海水一同上升，大的岛屿也是如此；而且不仅岛屿如此，大陆也同时在上下运动，不论大的、小的都可以沉降。”
裴秀（223～271）是中国魏晋时期的地图学家，曾长期随军出征，积累了丰富的地理学知识，并切身体会到地图的重要。
中国地理学的起源很早。“地理”一词，在中国最早出自汉代的《汉书·地理志》。《山海经》是中国最早的一部地理学著作。春秋战国时期还出现了著名的《禹贡》。汉代以后各地编写地方志成风，积累了丰富的地理资料。
裴秀十分重视《禹贡》一书，但该书的记述同魏晋时期的实际情况已有很大出入，再加上后人的许多主观的解释，牵强的考证，更有损于这部著作的价值。所以裴秀决定用新的地理资料来补充《禹贡》的内容。他不畏艰辛，对晋朝十六州的地理状况进行了调查，并同《禹贡》中关于九州的叙述作对比，在此基础上绘制成十八篇《禹贡地域图》。
他在该图的序言中，提出了著名的“制图六体”的理论。他说：“制图之体有六焉。一曰分率，所以辨广轮之度也。二曰准望，所以正彼此之体也。三曰道里，所以定所由之数也。四曰高下，五曰方邪，六曰迂直，此三者，各因地而制宜，所以校夷险之异也。”
“分率”是指绘图时要用准确的比例尺。“准望”讲的是方位，用方格绘图，即“计里画方”。“道里”是说要准确测量两地之间的距离。如果两地之间地势高低不平，有高山深水，就可参照后面三个原则。“高下”即“高则同峦，下则原野”；“方邪”即“方如矩之钩，邪如弓之弦”；“迂直”即“迂如羊肠九折，直如飞鸟准绳”。
“制图六体”的理论对后来中国地图学的发展产生了深远的影响。唐代贾耽的《海外华夷图》和《陇石山南图》，北宋沈括的《天下州县图》，都是根据这一理论绘制的。