Эти данные — важнейший фактический материал для составления любых тематических карт. Никакие косвенные и дистанционные методы не могут заменить непосредственные наблюдения. Более того, без них невозможны использование теоретических закономерностей, интерпретация косвенных наблюдений, дешифрирование аэрои космических снимков.
Форма представления данных натурных наблюдений различна. При гидрографических наблюдениях это результаты измерений, которые заносят в журналы и таблицы, при физико-географических исследованиях — описания, фиксируемые в дневниках и отчетах, фотографии и схемы, при геолого-геоморфологических исследованиях — профили, разрезы, данные бурения скважин, описания шурфов и т. п., при геофизической съемке — значения наблюденных физических параметров.
По локализации данные непосредственных наблюдений подразделяют на точечные, выполненные в отдельных пунктах, на скважинах, в обнажениях и т. п., маршрутные — вдоль по избранному направлению (по профилю, дороге, реке и др.) и площадстационарные наблюдения, например на геофизических полигонах, биостанциях, в пунктах экологического мониторинга и т. п. Стационары располагают в характерных местах, причем наблюдения всегда отличаются длительностью, стационары существуют десятки лет. Длинные ряды наблюдений необходимы для картографирования динамики явлений и процессов.
Кроме того, существуют материалы ключевых исследований, которые выполняют с высокой детальностью в крупном масштабе на небольших участках от одного до нескольких квадратных километров. Ключевые исследования необходимы в тех случаях, когда картографируемая территория обширна и нет возможности охватить ее целиком. Тогда изучают ключевые, эталонные участки, типичные в том или ином отношении, а выявленные на них закономерности распространяют на обширные однотипные территории.
С развитием дистанционного зондирования исследования на «ключах» стали применять для интерпретации аэрокосмических материалов. Выделился даже особый тип источников: данные подспутниковых наблюдений. Их стараются вести синхронно или почти синхронно с космической съемкой для точной привязки, интерпретации космической информации и распространения ее на обширные пространства со сходными условиями. По существу, подспутниковые наблюдения — это традиционное географическое исследование на ключевых участках.
