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식물들이 현재 어떤 지역에서 자라고 있는가에 대한 조사와 함께 지역에 따른 기후·온도·습도·고도 또는 위도 등의 환경요인과 지구 역사가 식물 분포에 어떤 영향을 미쳤는가를 주로 조사한다. 연구의 대상은 식물의 한 종(種)이나 속(屬) 또는 과(科) 이상이 될 수도 있고 하나의 식생 또는 개체군이 될 수도 있다.

종 수준에서의 식물지리학은 주로 지역이나 시간에 따른 식물들의 어떠한 변이를 나타내며, 이러한 변이가 나타나는 원인과 결과에 대해서 연구하고, 종 수준이상에서는 서로 떨어져 있는 몇 종들 사이의 지리학적·진화학적 관계, 고유 종의 분화 과정 및 종의 진화 중심지에 대해 연구한다.

하나의 식생을 연구 대상으로 할 경우, 식생을 이루는 식물들 사이에 나타나는 경쟁과 조화에 대해서, 개체군을 대상으로 할 경우 개체군을 이루고 있는 식물들의 생존전략에 대해서 연구한다.

이밖에 환경 요인에 따른 식물들의 분포 양상과 식물들의 이용 방법도 식물지리학의 주된 연구 대상이 되고 있다. 이러한 식물지리학적 결과들로부터 사람들이 먹고 있는 식량이나 과일 및 채소들의 기원지가 밝혀졌으며, 요즈음에는 생태계 보호 원리를 식물지리학적 연구 결과에서 얻고 있다.