自然系統(tǒng)也叫天然系統(tǒng)，廣義上來說，原始的系統(tǒng)都屬于自然系統(tǒng)，它是宇宙巨系統(tǒng)中億萬年來天然形成的各種自循環(huán)系統(tǒng)，諸如天體、地球、海洋、生態(tài)及生態(tài)系統(tǒng)、氣象、生物等。它也是一個高階復(fù)雜的自平衡系統(tǒng)，如天體的先天運轉(zhuǎn)、季節(jié)的周而復(fù)始、地球上動植物的生態(tài)循環(huán)，直至食物鏈等維持人體生命的各種系統(tǒng)都是自動高速平衡的。系統(tǒng)內(nèi)的個體按自然法則存在或演變，產(chǎn)生或形成一種群體的自然現(xiàn)象與特征。

廣義上的自然系統(tǒng)包括生態(tài)平衡系統(tǒng)、生命機體系統(tǒng)、天體系統(tǒng)、物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以及社會系統(tǒng)等等。

在自然界中，物質(zhì)流的循環(huán)和演變是最重要的，自然環(huán)境系統(tǒng)沒有盡頭，沒有廢止，只有循環(huán)往復(fù)，并從一個層次發(fā)展到另一個層次。地球上所有生命賴以生存的自然系統(tǒng)是龐大而又復(fù)雜的，是由各種自然力量彼此交錯形成的。

人造系統(tǒng)都是存在于自然系統(tǒng)之中的，如人造衛(wèi)星、海運船只、機械設(shè)備等。人造系統(tǒng)和自然系統(tǒng)之間存在著界面，兩者互相影響和滲透。

近年來，人造系統(tǒng)對自然系統(tǒng)的不良影響已成為人們關(guān)注的重要問題， 如核軍備、化學(xué)武器、環(huán)境污染等。 自然系統(tǒng)是一個高階復(fù)雜的均衡系統(tǒng)，如季節(jié)周而復(fù)始地變化形成的氣象系統(tǒng)、食物鏈系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)等。自然系統(tǒng)中的有機物、植物與自然環(huán)境保特了一個平衡態(tài)。在自然界中，物質(zhì)流的循環(huán)和演變是最重要的，自然環(huán)境系統(tǒng)沒有盡頭，沒有廢止，只有循環(huán)往復(fù)，并從一個層次發(fā)展到另一個層次。 原始人類對自然系統(tǒng)的影響不大，但近幾百年來，科技發(fā)展很快，它既造福于人類，又帶來危害，甚至災(zāi)難，引起了人們極大的關(guān)注。例如，埃及阿斯旺水壩是一個典型的人造系統(tǒng)，水壩解決了埃及尼羅河洪水泛濫問題，但也帶來一些不良影響，如東部的食物鏈?zhǔn)艿狡茐?，漁業(yè)減產(chǎn)；尼羅河流域土質(zhì)鹽堿化加快，發(fā)生周期性干旱，影響了農(nóng)業(yè)；由于河水污染使附近居民的健康受到影響等。但如能運用系統(tǒng)工程方法來全面考慮，統(tǒng)籌安排，有可能得到一個既解決洪水問題又盡量減少損失的更好方案。

系統(tǒng)工程所研究的對象，大多是既包含人造系統(tǒng)又包含自然系統(tǒng)的復(fù)合系統(tǒng)。由自然系統(tǒng)和人造系統(tǒng)所構(gòu)成的自然人造復(fù)合系統(tǒng)是一個反饋動態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)， ^[1]  從系統(tǒng)的觀點講，對系統(tǒng)的分析應(yīng)自上而下地而不是自下而上地進行。例如，研究系統(tǒng)與所處環(huán)境，環(huán)境是最上一級，先注意系統(tǒng)對環(huán)境的影響，然后再進行系統(tǒng)本身的研究，系統(tǒng)的最下級是組成系統(tǒng)的各個部分或要素。自然系統(tǒng)常常是復(fù)合系統(tǒng)的最上一級。

雖然早在世紀(jì)瑞典博物學(xué)家林奈就出版了著作《自然系統(tǒng)》，把大自然區(qū)分為礦物、植物和動物三界并按綱、目、屬、種對植物 界進行了分類 ；在19世紀(jì)又有奧地利地質(zhì)學(xué)家修斯推出三卷本的《地球的全貌》， 揭示出地殼運動的全球時空聯(lián)系。但是自然系統(tǒng)研究的興起在1980年代。 ^[2] 

在人類的生存條件日益惡化的嚴(yán)重挑戰(zhàn)面前，國際上不 同學(xué)科的科學(xué)家共同提出了“全球變化 ”的課題，以預(yù)測未來的變化趨勢，協(xié)調(diào)社會發(fā)展與生存環(huán)境的關(guān)系，促進環(huán)境質(zhì)量的改善和提高。這種全球性環(huán)境問題及其對區(qū)域生存環(huán)境 影響的研究，就其科學(xué)內(nèi)容而言已經(jīng)超出任何單一傳統(tǒng)學(xué)科的范圍，“地球系統(tǒng)”科學(xué) 概念應(yīng)運而生，不同等級的自然系統(tǒng)成為目標(biāo)各異的研究對象。 ^[2] 

美國國家航空與航天局（NASA）提出“地球系統(tǒng)科學(xué) ”和 美國地球系統(tǒng)科學(xué)委員會出 版 《 地球系統(tǒng)科學(xué)》 ，可以視為自然系統(tǒng)研究興起的標(biāo)志。遂有地球系統(tǒng)科學(xué)聯(lián)盟成立，以及德國的“地球工程學(xué) ”、英國的“量化并理解地球系統(tǒng)和中國的 《 21世紀(jì)中國地球科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略報告》等計劃的出臺和實施。 ^[2] 

地球系統(tǒng)指從地核到地球外層空間的一個有機的整體包括地核、地幔、地殼、水圈、氣圈和生物圈 ， 以及其作為太陽系行星存在的地球空間。地球系統(tǒng)研究旨在將地球作為一個整體來尋求解決環(huán)境問題的方法。正在形成 中的地球科學(xué) ，采取多學(xué)科集成的研究方式 。地球科學(xué)聯(lián)盟致力于集成四大國際研究計劃：世界氣候研究計劃、國際地圈生物圈計劃、 國 際全球環(huán)境變化人文因素計劃和國際生物多樣性計劃。 全球觀 測 系 統(tǒng)10年計 劃旨 在建立一個集成的觀測系統(tǒng) ， 包括天氣 、氣候 、海洋 、大氣 、水體 、陸地 、地質(zhì)動態(tài)、自然資源 、生態(tài)系統(tǒng)等諸多觀測系統(tǒng) 。 ^[2] 

構(gòu)成地球自然系統(tǒng)的四大亞系統(tǒng)，固體地球系統(tǒng)、全球生態(tài)系統(tǒng)、地表流體系統(tǒng)和日地系統(tǒng)，通過彼此之間 相互作用形成一個復(fù)雜動力系統(tǒng)。地球系統(tǒng)科學(xué)試圖發(fā)展一 種球系統(tǒng)模式 ， 這種模式基于地球系統(tǒng)各組成部分之間的相互作用 ， 包括物理的 、 化學(xué)的 、 生物的 。在地球系統(tǒng)模式和全球監(jiān)測系統(tǒng)可提供的信息基礎(chǔ)上 ，建立具有預(yù)測能力的全球 和區(qū)域的環(huán)境模式 ， 以進行環(huán)境變化的定量預(yù)測 。 ^[2]