广义的自然系统指物质世界的一切系统，既包括非
生命系统和生命系统，也包括
社会系统和思维系统。 狭义的自然系统指以天然物为要素，由
自然力而非人力所形成的系统，亦称天然系统。如
天体系统、气象系统、
生物系统、生态系统、原子系统等。 通常所说的自然系统是不包括社会系统和思维系统在内的狭义的自然系统。
自然系统也叫天然系统，广义上来说，原始的系统都属于自然系统，它是宇宙巨系统中亿万年来天然形成的各种自循环系统，诸如天体、地球、海洋、生态及生态系统、气象、生物等。它也是一个高阶复杂的自平衡系统，如天体的先天运转、季节的周而复始、地球上动植物的生态循环，直至食物链等维持人体生命的各种系统都是自动高速平衡的。系统内的个体按自然法则存在或演变，产生或形成一种群体的自然现象与特征。
在自然界中，物质流的循环和演变是最重要的，自然环境系统没有尽头，没有废止，只有循环往复，并从一个层次发展到另一个层次。地球上所有生命赖以生存的自然系统是庞大而又复杂的，是由各种自然力量彼此交错形成的。
人造系统都是存在于自然系统之中的，如人造卫星、海运船只、机械设备等。人造系统和自然系统之间存在着界面，两者互相影响和渗透。
近年来，人造系统对自然系统的不良影响已成为人们关注的重要问题， 如核军备、化学武器、环境污染等。 自然系统是一个高阶复杂的均衡系统，如季节周而复始地变化形成的气象系统、食物链系统、
水循环系统等。自然系统中的有机物、植物与自然环境保特了一个平衡态。在自然界中，物质流的循环和演变是最重要的，自然环境系统没有尽头，没有废止，只有循环往复，并从一个层次发展到另一个层次。 原始人类对自然系统的影响不大，但近几百年来，科技发展很快，它既造福于人类，又带来危害，甚至灾难，引起了人们极大的关注。例如，
埃及阿斯旺水坝是一个典型的人造系统，水坝解决了
埃及尼罗河洪水泛滥问题，但也带来一些不良影响，如东部的食物链受到破坏，渔业减产；
尼罗河流域土质盐碱化加快，发生周期性干旱，影响了农业；由于河水污染使附近居民的健康受到影响等。但如能运用
系统工程方法来全面考虑，统筹
安排，有可能得到一个既解决
洪水问题又尽量减少损失的更好方案。
系统工程所研究的对象，大多是既包含人造系统又包含自然系统的复合系统。由自然系统和人造系统所构成的自然人造复合系统是一个反馈动态复杂系统，从系统的观点讲，对系统的分析应自上而下地而不是自下而上地进行。例如，研究系统与所处环境，环境是最上一级，先注意系统对环境的影响，然后再进行系统本身的研究，系统的最下级是组成系统的各个部分或要素。自然系统常常是复合系统的最上一级。
虽然早在世纪瑞典博物学家林奈就出版了著作《自然系统》，把大自然区分为矿物、植物和动物三界并按纲、目、属、种对植物 界进行了分类 ；在19世纪又有奥地利地质学家修斯推出三卷本的《地球的全貌》， 揭示出地壳运动的全球时空联系。但是自然系统研究的兴起在1980年代。
在人类的生存条件日益恶化的严重挑战面前，国际上不 同学科的科学家共同提出了“全球变化 ”的课题，以预测未来的变化趋势，协调社会发展与生存环境的关系，促进环境质量的改善和提高。这种
全球性环境问题及其对区域生存环境 影响的研究，就其科学内容而言已经超出任何单一传统学科的范围，“地球系统”科学 概念应运而生，不同等级的自然系统成为目标各异的研究对象。
美国国家航空与航天局（
NASA）提出“地球系统科学 ”和 美国地球系统科学委员会出 版 《
地球系统科学》 ，可以视为自然系统研究兴起的标志。遂有
地球系统科学联盟成立，以及德国的“
地球工程学 ”、英国的“量化并理解
地球系统和中国的 《 21世纪中国地球科学发展战略报告》等计划的出台和实施。
地球系统指从地核到地球外层空间的一个有机的整体包括
地核、
地幔、
地壳、水圈、气圈和生物圈 ， 以及其作为
太阳系行星存在的地球空间。地球系统研究旨在将地球作为一个整体来寻求解决环境问题的方法。正在形成 中的地球科学 ，采取多学科集成的研究方式 。地球科学联盟致力于集成四大国际研究计划：世界气候研究计划、
国际地圈生物圈计划、 国 际全球环境变化人文因素计划和国际生物多样性计划。 全球观 测 系 统10年计 划旨 在建立一个集成的观测系统 ， 包括天气 、气候 、海洋 、大气 、水体 、陆地 、地质动态、自然资源 、
生态系统等诸多观测系统 。
构成地球自然系统的四大亚系统，固体地球系统、全球生态系统、地表流体系统和日地系统，通过彼此之间 相互作用形成一个复杂动力系统。
地球系统科学试图发展一 种球系统模式 ， 这种模式基于地球系统各组成部分之间的相互作用 ， 包括物理的 、 化学的 、 生物的 。在地球系统模式和全球监测系统可提供的信息基础上 ，建立具有预测能力的全球 和区域的环境模式 ， 以进行环境变化的定量预测 。