Lovelock ontwikkelde zijn Gaia-ideeën nadat hij voor de NASA had gewerkt aan het opsporen van leven op Mars.
De Gaia-hypothese stelt voor dat de levende en niet-levende delen van de aarde een complex op elkaar inwerkend systeem vormen dat kan worden beschouwd als één enkel organisme. Genoemd naar de Griekse godin Gaia op voorstel van de romanschrijver William Golding, is het idee dat de biosfeer een regulerend effect heeft op het milieu van de aarde dat het leven in stand houdt.
Hoewel het idee gemakkelijk werd aanvaard door velen in de milieubeweging, werd het niet algemeen aanvaard door andere wetenschappers. Tot de bekendste critici behoren de evolutiebiologen Richard Dawkins, Ford Doolittle en Stephen Jay Gould. Lovelock heeft op deze kritiek gereageerd met modellen zoals Daisyworld, die illustreren hoe effecten op individueel niveau zich onder de juiste omstandigheden kunnen vertalen in planetaire homeostase.
Opwarming van de aarde
In Lovelocks boek The Revenge of Gaia uit 2006 betoogt hij dat de vernietiging van regenwouden Gaia's vermogen om broeikasgassen in de atmosfeer onder controle te houden, verzwakt. Als dat zo is, zouden de negatieve terugkoppelingen van de planeet verzwakken, en zou de opwarming van de aarde blijven toenemen.
Door de opwarming van de oceanen breidt de thermocline-laag van tropische oceanen zich uit over de Arctische en Antarctische wateren. Dit zou de stijging van oceanische voedingsstoffen naar de oppervlaktewateren verhinderen en de algenbloei van fytoplankton doen verdwijnen. Aangezien fytoplankton en bossen de belangrijkste manieren zijn waarop Gaia kooldioxide afvoert en uit de atmosfeer haalt, zal het wegvallen van deze milieubuffering er volgens Lovelock toe leiden dat halverwege deze eeuw het grootste deel van de aarde onbewoonbaar zal zijn voor mensen en andere levensvormen, met een massale uitbreiding van de tropische woestijnen. Dit nogal extreme standpunt wordt slechts door enkele andere wetenschappers gehuldigd.
In zijn meest recente boek, "The Vanishing Face of Gaia", suggereert hij dat we misschien al voorbij het omslagpunt van het aardse klimaat in een permanent hete toestand zijn. Onder deze omstandigheden verwacht Lovelock dat de menselijke beschaving het moeilijk zal krijgen om te overleven. Hij verwacht dat de verandering vergelijkbaar zal zijn met het Paleoceen-Eoceen Thermisch Maximum toen de atmosferische concentratie van CO2 450 ppm bedroeg. Op dat moment was de Noordelijke IJszee 23 °C en leefden er krokodillen, terwijl de rest van de wereld voornamelijk uit struikgewas en woestijn bestond.
Klimaatbeheersing
In september 2007 stelden Lovelock en Chris Rapley voor oceaanpompen te bouwen om water van onder de thermocline omhoog te pompen om "de algen in het oppervlaktewater te bemesten en ze tot bloei te brengen". Het basisidee was de overdracht van kooldioxide uit de atmosfeer naar de oceaan te versnellen door de fotosynthese te verhogen en de uitvoer van organische koolstof (als "mariene sneeuw") naar de diepe oceaan te doen toenemen. Een soortgelijk plan als dat van Lovelock en Rapley wordt momenteel onafhankelijk ontwikkeld door een commercieel bedrijf.
Lovelock zei vervolgens dat zijn voorstel bedoeld was om de belangstelling te wekken, en dat onderzoek de volgende stap zou zijn.
