Mialatt az ilmenaui bányászattal foglalkozott, Goethe indíttatva érezte magát, hogy az ásványvilágot, a kőzeteket és a sziklafajtákat, valamint a földkéreg egymásra rétegezett tömegeit vizsgálja. 1776 júliusában elkísérte Karl August herceget Ilmenauba. Látni akarták, hogy újra üzembe helyezhető-e a régi bánya? Goethe ennek a bányaügynek továbbra is gondját viseli. Közben egyre jobban nő benne a késztetés annak megismerésére, hogy miként jár el a természet a kőzet- és a hegytömegek képződésénél? Felkapaszkodik a magas csúcsokra és leereszkedik a föld mélyére, hogy a „nagy formáló kéz legközelebbi nyomait felfedezze.” Örömét afölött, hogy az alkotó természetet erről az oldaláról is megismerheti, 1780. szeptember 8-án kelt, ilmenaui levelében közli Frau von Steinnel: „Most testemmel-lelkemmel kőben és hegyekben élek, és nagyon meg vagyok elégedve az elém táruló messzi kilátásokkal. Ez a két utolsó nap nagy területet hódított meg számomra, és most sok mindenre következtethetek. Új, hallatlanul nagy tekintélyre tett szert előttem a világ.” Egyre jobban megerősödik benne az a remény, hogy sikerül olyan fonalat találnia, amely végigvezet a föld alatti labirintusokon, és áttekintést ad a zűrzavarban. Megfigyeléseit lassanként kiterjeszti a földfelszín további területeire is. A Harz-hegységben tett utazásai közben úgy véli, hogy felismerte, miként formálódnak a nagy, szervetlen tömegek. Olyan tendenciát tulajdonít nekik, hogy „sokféle, szabályos irányban elválnak egymástól úgy, hogy paralelepipedonok jönnek létre, amelyekben szintén megvan az a hajlandóság, hogy átlósan metsszék egymást.”[1] Úgy gondolja, hogy a kőzettömegeket egy idea jellegű rácsozat, mégpedig hatszöges rácsozat hatja át. Ezáltal kocka, paralelepipedon, rombusz, romboid, oszlop és lap formájú testek lesznek az alaptömegből kivágva. Úgy képzeli, hogy az alaptömegben erőhatások vannak, amelyek az alaptömeget olyan értelemben választják szét, ahogyan azt az idea jellegű rácsozat szemlélteti. Goethe mind a szerves természetben, mind a kőzetvilágban a hatékony ideát keresi. A kőzetvilágban is szellemi szemmel kutat. Ahol nem jelenik meg a szabályos formákra szétválás, ott feltételezi, hogy az ideaként van jelen a tömegekben. 1784-ben, a Harz-hegységben tett utazása alatt az őt kísérő Kraus tanácsossal krétarajzokat készíttet, melyeken az, ami látható, világossá és szemléletessé teszi a láthatatlant, az ideaszerűt. Goethének az a nézete, hogy a rajzoló csak akkor tudja a valóságnak megfelelően ábrázolni a tényleges jelenséget, ha figyel a természet intencióira, amelyek gyakran nem mutatkoznak meg elég világosan a külső jelenségben. „…az átmenetben a lágyból a megmerevedettbe egy elkülönülés adódik, akár az egészben, akár a tömegek belsejében játszódjon le az.”[2] Goethe nézete szerint az organikus formákban elevenen jelen van egy érzékelhető-érzékfeletti őskép; egy idea jelleg válik fizikai észleletté és áthatja azt. A szervetlen tömegek szabályos kialakulásában egy idea jelleg működik, amely nem ölt érzékelhető formát mint olyan, de mégis érzékelhető formát teremt. A szervetlen forma mint jelenség, nem érzékelhető-érzékfeletti, hanem csupán érzékelhető; de egy érzékfeletti erő hatásának kell felfognunk. Közbülső dolog a szervetlen folyamat - amelynek lefolyásán még egy idea jelleg uralkodik, amitől zárt formát kap - és az organikus elem között, amelyben maga az ideaelem válik érzékelhető formává.

Az összetett kőzetek képződése Goethe elgondolása szerint úgy megy végbe, hogy egy tömegben az eredetileg csak ideaként meglévő szubsztanciák ténylegesen elkülönülnek egymástól. 1807. november 25-én kelt levelében ezt írja Leonhardnak: „Szívesen bevallom, hogy gyakran még ott is szimultán hatásokat látok, ahol mások csak szukcesszív hatásokat látnak; hogy némely kőzetet, amelyet mások konglomerátumnak, törmelékekből összeálltnak és összegyúrtnak tartanak, egy… heterogén tömegből önmagában szétválasztottnak és egyben konszolidációval összetartottnak vélem látni.”

Goethe nem jutott el oda, hogy még több szervetlenforma-alakulásra vonatkozólag gyümölcsöztesse ezeket a gondolatokat. Gondolkodásmódjához illik, hogy a geológiai rétegek rendezettségét is olyan idea jellegű alakítóelvekkel magyarázza, amelyek mivoltánál fogva az anyagban eleve benne vannak. Wernernek abban az időben igen elterjedt geológiai nézeteihez azért nem csatlakozott, mert Werner nem ismert ilyen alakító princípiumokat, hanem mindent a víz tisztán mechanikus hatására vezetett vissza. Még ellenszenvesebb volt számára a Hutton által felállított, Alexander von Humboldt és Leopold von Buch által képviselt vulkanikus elmélet, amely az egyes Föld-korszakok létrejöttét materiális okok hatására létrejött hatalmas átalakulásokkal magyarázta. Eszerint az elmélet szerint a nagy hegységrendszereket vulkanikus erők tolják fel hirtelen a földből. Az ilyen mérhetetlen nagy erőkifejtések a természet mivoltával ellentétesnek tűnnek Goethének. Nem látott semmiféle okot sem arra, hogy miért változnának meg bizonyos időkben hirtelen a Föld-fejlődés törvényei, és hosszan tartó, fokozatos működés után egy bizonyos időpontban „emeléssel és nyomással, görgetéssel és összenyomással, hajlítással és dobással” nyilatkozzanak meg. A természet minden részében olyannyira következetesnek tűnik számára, hogy még maga egy istenség sem tudna a természet veleszületett törvényein változtatni. A természet törvényeit megváltoztathatatlannak tartja. Goethe szerint azok az erők, amelyek a földfelszín kialakításán ma működnek, mivoltuknál fogva szükségképpen minden időben működtek.

Ebből a nézőpontból kiindulva jut el a természet mivoltához igazodó nézethez arra vonatkozólag is, hogy a Genfi-tó közelében elszórt kőtömbök, amelyeknek megformáltságán látszik, hogy távoli hegységekből valók, milyen módon jutottak oda. Azzal a véleménnyel találkozott, hogy ezeket a kőzettömegeket az ország távoli hegységeinek zűrzavaros kataklizmája dobta jelenlegi helyükre. Goethe olyan erőket keresett, amelyek jelenleg is megfigyelhetők, és alkalmasak ennek a jelenségnek a megmagyarázására. Ilyen erőket talált a gleccserképződésben működni. Csupán azt kellett feltételeznie, hogy a gleccserek, amelyek még ma is hordják a hegységből a kőzeteket a síkságra, valamikor hallatlanul nagy kiterjedésűek voltak. Akkor a kőtömegeket sokkal távolabb vihették a hegységektől, mint jelenleg. Amikor a glecs-cserek újra összehúzódtak, ezek a kövek a helyükön maradtak. Hasonló módon kellett - gondolta Goethe - az északnémet alföldön szerteheverő gránittömböknek is mostani lelőhelyükre kerülniük. Hogy elképzelhesse, hogy a vándorkövekkel fedett országrészeket egykor gleccserjég borította, feltételeznie kellett egy nagyon hideg korszak létezését. Ezt a feltevést Agassiz tette a tudomány közkincsévé, aki önállóan jött rá, és 1837-ben a svájci Természetkutató Társaságban fejtette ki nézetét. Ez a hideg korszak, ami akkor tört ki a Föld kontinensein, amikor már gazdag állati és növényi élet fejlődött ki rajtuk, az újabb időkben neves geológusok kedvenc stúdiumává vált. Az egyes részletek, amelyeket Goethe e „jégkorszak” jelenségeiről kiderít, a későbbi kutatók megfigyeléseihez képest jelentéktelenek.

Ahogyan általános természetszemlélete elvezette Goethét egy igen hideg korszak feltételezéséhez, úgy vezette őt szemlélete a kövületek lényegére vonatkozó helyes nézethez is. És bár ezeket a képződményeket már korábbi gondolkodók is őskori organizmusok maradványainak ismerték fel, ez a helyes nézet oly lassan vált általánosan uralkodóvá, hogy Voltaire még a természet játékának tekinthette a megkövesedett kagylókat. Goethe, mihelyt ezen a területen némi tapasztalathoz jutott, hamarosan felismerte, hogy a kövületek mint organizmusmaradványok, természetes összefüggésben állnak azokkal a földrétegekkel, amelyekben találhatók. Ez azt jelenti, hogy ezek az organizmusok a Földnek abban a korszakában éltek, amelyekben a megfelelő rétegek kialakultak. Ilyen értelemben nyilatkozik a kövületekről 1782. október 27-én Mercknek írt levelében: „Mindazok a csonttörmelékek, amelyekről beszélsz és melyek mindenütt megtalálhatók a Föld felső homokrétegében, mély meggyőződésem szerint a legújabb korból valók, ami azonban a mi megszokott időszámításunkhoz viszonyítva mégis irtózatosan régi. Abban a korszakban a tenger már visszahúzódott; de még mindig igen széles áradatok folytak, mégis a tenger szintjéhez viszonyulva nem gyorsabban, vagy talán nem is oly gyorsan, mint ma. Ugyanakkor a homok, agyaggal keveredve, leülepedett minden széles völgyben, amelyet lassanként, ahogyan a tenger apadt, elhagyott a víz, és a völgyek közepén a folyók csak csekély medret vájtak maguknak. Ebben az időben az elefántok és rinocéroszok otthonosak voltak nálunk a kopárrá vált hegyeken, és maradványaikat az erdei áramlatok igen könnyen lesodorhatták azokba a nagy áradatvölgyekbe vagy tófelületek alá, ahol a folyékony kőzetekkel többé-kevésbé áthatottan megmaradtak, és ahol mostanság ekéinkkel, vagy más véletlenek folytán kiássuk őket. Ilyen értelemben mondtam előbb, hogy megtalálhatók a felső homokrétegben, nevezetesen abban, amit ősrégi folyók hordtak össze, miután a föld fő kérge már teljesen kialakult. Hamarosan eljön az idő, amikor a kövületeket már nem dobálják összevissza, hanem a világ korszakaihoz viszonyítva osztályozzák őket.”

Goethét gyakran a Lyell által alapított geológia előfutárának nevezték. Ez a geológia sem fogadta el a hatalmas revolúciókat és katasztrófákat annak magyarázatául, hogy egyik Föld-korszak hogyan keletkezett egy másikból. A földfelszín régebbi változásait ugyanazokra a folyamatokra vezeti vissza, amelyek még ma is lejátszódnak. Nem szabad azonban figyelmen kívül hagyni, hogy a modern geológia a Föld kialakulásának a magyarázatára csak a fizikai és kémiai erőket használja fel. Goethe viszont olyan alakító erők létezését feltételezi, amelyek a tömegeken belül működnek, és amelyek magasabb rendű alakító princípiumokat képviselnek, mint amilyeneket a fizika és kémia ismer.