Étude des mécanismes de formation des roches à travers leur distribution, leur structure, leur constitution, leurs propriétés.

La pétrologie dépasse le point de vue plus strictement descriptif et systématique de la pétrographie. Elle s'est véritablement développée après l'avènement de la minéralogie, avec L. Cordier, qui montra notamment que des roches compactes comme le basalte sont constituées par différents minéraux cristallisés. Replacée dans un contexte régional, l'étude pétrologique est l'un des éléments qui permettent de reconstituer l'évolution de l'écorce terrestre, en partant des roches, et les événements qui l'ont affectée. Pour identifier une roche, il faut connaître son mode de gisement, c'est-à-dire ses relations avec les roches environnantes, son extension, ses contacts. À l'échelle d'une région, c'est l'établissement d'une carte géologique qui apporte ces renseignements. Il faut observer le débit de la roche (massif, feuilleté, stratifié…) et déterminer sa texture (agencement des minéraux). Pour déterminer sa composition minéralogique, on fait appel au microscope polarisant ou à la diffraction des rayons X. Enfin, la composition chimique apporte d'inestimables renseignements mais demande la mise en œuvre de méthodes plus complexes, notamment spectroscopiques.