Состояние биосферы, меняющееся под влиянием естественных причин, как правило, вскоре возвращается к исходному.
Перепады температуры и давления, сезонные изменения биомассы растений и животных — это естественные вариации в состоянии биосферы. Средние же ее характеристики могут заметно изменяться лишь на тысячи или миллионы лет. В противоположность что этому перемены в состоянии биосферы, вызываемые деятельностью человека (антропогенные изменения), идут чрезвычайно быстро. В этой связи возникла необходимость в организации специальных наблюдений за изменениями в биосфере, вызванными человеческой деятельностью. Появился термин «мониторинг», обозначающий систему повторных наблюдений за одним или несколькими элементами окружающей среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой. Подробный анализ концепции мониторинга сделан в основополагающей монографии Ю. А. Израэля, а результаты исследований регулярно публикуются в сборниках научных трудов Лаборатории мониторинга природной среды и климата Госкомгидромета СССР и АН СССР.
Мониторинг получил широкое международное распространение и признание; существуют крупные международные проекты по организации и развитию региональных и глобального мониторингов.
Первые предложения по организации системы мониторинга были разработаны экспертами специальной комиссии СКОПЕ (Научный комитет окружающей среды) в 1971 г.; термин «мониторинг» появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (5—16 июня 1972 г.). Первое межправительственное совещание по мониторингу было созвано Советом управляющих по проблемам окружающей среды (ЮНЕП) в феврале 1974 г. в Найроби (Кения). На совещании были изложены основные положения и цели программы глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС), определены уровни организации этой системы, которая должна базироваться на подсистемах национального мониторинга (разных стран), включать элементы этих подсистем. В этом случае мониторинг превращается в многоцелевую информационную систему, оповещающую о состоянии биосферы, степени антропогенного воздействия на среду, факторах и источниках этого воздействия. Приоритетным направлением в системе глобального мониторинга были признаны наблюдения за загрязнением окружающей среды на импактном уровне (сильное локальное загрязнение), а также региональном и фоновом уровнях.
Фоновое глобальное состояние биосферы изучается на так называемых фоновых, или «базовых», станциях, которые организуются в ряде стран, в том числе и в СССР (с 1975 г.), в основном на базе биосферных заповедников.
Для оценки состояния и прогноза выделяются подсистемы наблюдений за абиотической частью биосферы (геофизический мониторинг) и биотической (биологический мониторинг).
Круг геофизических наблюдений весьма обширен — от реакции на то или иное воздействие в микромасштабе до реакций глобальных, например погодных и климатических изменений. Для этого необходимы сведения о загрязнении, мутности атмосферы и ряда других метеорологических и гидрологических характеристиках среды. С особым вниманием необходимо следить за переносом загрязняющих веществ из одной среды в другую. В эту подсистему мониторинга входит и регистрация антропогенных воздействий на прочие неживые компоненты биосферы, в том числе созданные человеком (здания, сооружения).
Главная задача биологического мониторинга — выявление отклика биосферы на антропогенное воздействие на самых разных уровнях живого: молекулярном, клеточном, организменном и популяционном.
Экологический мониторинг объединяет геофизический и биологический мониторинги, т. е., по существу, является комплексным мониторингом биосферы. Его главная задача — обнаружение в экосистемах изменений антропогенного характера на фоне естественных флуктуаций и прогноз экологического равновесия в природе.
Структура системы мониторинга антропогенных изменений аналогична структуре геофизических служб и разделяется на те же блоки: наблюдение; оценка фактического состояния; прогноз состояния; оценка прогнозируемого состояния.
На основе получаемой мониторингом информации заинтересованными ведомствами и службами с учетом эколого-экономических оценок принимаются меры по ограничению или прекращению антропогенных воздействий, по профилактическому «укреплению» или последующему «лечению» элементов биосферы.
Таким образом, мониторинг — это система наблюдений, оценки прогноза состояния природной среды, не включающая управление качеством окружающей среды. Она служит лишь одним из основных источников информации для правильной организации управления качеством природной среды.
В СССР создана и функционирует Государственная служба наблюдений и контроля за уровнем загрязнения внешней среды, которая, по существу, и является национальной системой мониторинга. Она вошла составной частью в универсальную систему наблюдений и контроля за состоянием природной среды (гидрометеорологические и метеорологические службы), которую возглавил Государственный комитет СССР по гидрометеорологии.