Lovelock desenvolveu suas idéias Gaia depois de trabalhar para a NASA na detecção de vida em Marte.
A hipótese Gaia propõe que partes vivas e não vivas da Terra formem um complexo sistema de interação que pode ser pensado como um único organismo. Batizado em homenagem à deusa grega Gaia por sugestão do romancista William Golding, a idéia é que a biosfera tem um efeito regulador sobre o meio ambiente da Terra que atua para sustentar a vida.
Embora a idéia tenha sido prontamente aceita por muitos na comunidade ambientalista, ela não tem sido amplamente aceita por outros cientistas. Entre seus críticos mais famosos estão os biólogos evolucionistas Richard Dawkins, Ford Doolittle e Stephen Jay Gould. Lovelock respondeu a estas críticas com modelos como Daisyworld, que ilustram como os efeitos individuais podem se traduzir em homeostase planetária, sob as circunstâncias certas.
Aquecimento global
No livro de Lovelock de 2006, A Vingança de Gaia, ele argumenta que a destruição das florestas tropicais enfraquece a capacidade de Gaia de controlar os gases de efeito estufa na atmosfera. Se assim fosse, a alimentação negativa do planeta se enfraqueceria e o aquecimento global continuaria a aumentar.
O aquecimento dos oceanos está estendendo a camada termoclina oceânica dos oceanos tropicais sobre as águas árticas e antárticas. Isto evitaria o aumento de nutrientes oceânicos nas águas superficiais e eliminaria as florescências de algas do fitoplâncton. Como o fitoplâncton e as florestas são as principais formas pelas quais Gaia retira o dióxido de carbono, tirando-o da atmosfera, a eliminação deste amortecimento ambiental verá, de acordo com Lovelock, a maior parte da terra tornar-se inabitável para os seres humanos e outras formas de vida até meados deste século, com uma enorme extensão de desertos tropicais. Esta visão bastante extrema é defendida por apenas alguns outros cientistas.
Em seu livro mais recente, "The Vanishing Face of Gaia", ele sugere que talvez já estejamos além do ponto de viragem do clima terrestre em um estado permanentemente quente. Dadas estas condições, Lovelock espera que a civilização humana seja duramente pressionada para sobreviver. Ele espera que a mudança seja semelhante à máxima térmica Paleoceno-Eoceno quando a concentração atmosférica de CO2 era de 450 ppm. Nesse ponto, o Oceano Ártico estava a 23 °C e tinha crocodilos dentro dele, com o resto do mundo principalmente arbustos e desertos.
Engenharia climática
Em setembro de 2007, Lovelock e Chris Rapley propuseram a construção de bombas oceânicas para bombear água de baixo da termoclina para "fertilizar as algas nas águas superficiais e encorajá-las a florescer". A idéia básica era acelerar a transferência de dióxido de carbono da atmosfera para o oceano, aumentando a fotossíntese e aumentando a exportação de carbono orgânico (como "neve marinha") para o oceano profundo. Um esquema semelhante ao proposto por Lovelock e Rapley está sendo desenvolvido independentemente por uma empresa comercial.
Lovelock disse posteriormente que sua proposta se destinava a estimular o interesse, e a pesquisa seria o próximo passo.
