李四光早年在作科研究时，还发现了另外一个重大的问题：在同一个地质时代里，华北地区以陆相沉积（历史上没有被海水淹过的陆地）为主，间有海相沉积（历史上地层被海水淹过的地区）薄层；华南地区则以海相沉积为主，越往南，海相沉积越厚。
这就说明，在那个时期，海水的进退，南北的差异相当大，南方有海浸的现象，北方则有海退的现象。
为什么在同样一个地质时代，海浸、海退竟然有这么大的差异呢？李四光从此开始对这一现象进行了艰苦的探索和研究。
李四光首先就断然否定了当时地质学家所流行的一种说法：地球表面的海水运动是全球性的，要升都升，要降都降。
因为按照这种观点，就无法解释在同一个地质时代里，北方海退、南方海浸的现象。他再翻阅国外的有关资料，发现国外也有类似的现象，以北半球来说，南方海浸，北方海退，海水由两极涌向赤道；而经过若干的时候，又出现相反现象。
于是，李四光提出了自己的观点，海水不但有垂直运动，而且有水平运动。水平运动则是由于地球的自转速度，在漫长的地质时代中，反复发生时快时慢的变化的结果。
1926年，李四光发表了《地球表面形象变迁之主因》的论文，系统地阐述了地球自转速度的变化是引起地球表面形象变迁的主要原因，提出了推动地壳运动的主要力量是在重力控制下地球自转的离心力。
李四光认为，这种离心力不光影响海水的运动，而且影响地壳运动，造成地壳的褶皱、沉降和断裂……
这种把应用力学引入到地质学中，用力学观点解释和研究地壳构造和地壳运动的规律的科学，就是李四光创立的地质力学。
李四光的地质力学理论，为研究地壳运动问题开辟了新的途径，它使地质科学的发展进入了一个新的阶段。
特别值得一提的是，李四光利用他所创立的地质力学原理，在中国寻找石油的伟大贡献。
20年代，美国的美孚石油公司曾经在我国的陕北地区打过油井，因没有能打出石油，因此，美国人就断定中国没有石油。
李四光则根据其地质力学理论，认为：新华夏构造体系沉降带有“可能揭露有重要经济价值的沉积物”，这个沉积物指的就是石油。
正是因为他的这个观点，所以在50年代初，当毛泽东主席和周恩来总理询问我国天然石油的远景如何时，李四光的态度是乐观的，并且建议在全国范围内广泛开展石油地质普查工作。
李四光运用地质力学的理论指导了全国石油地质普查的战略选区工作，对东部油田的发现，作出了重大的贡献。
首先，李四光敢于冲破旧有理论的束缚，驱散了笼罩在中国人心头的“中国贫油”论的迷雾，科学地指出了中国有丰富的油气资源。
其次，李四光预测出松辽、华北等面积辽阔、覆盖层厚、很少岩层露头、更缺油气显示的地区的含油远景。
最后，在突破松辽盆地之后，李四光又及时指出要到那些和松辽盆地处于同一大地构造体系的不同段落的地区找油的正确方向。
实践证明，这种战略性的指导是很准确的。在以后的几年中，中国在广大地区进行了石油地质普查工作，竟然找到了几百个可能的储油构造。
不久，地质部又根据李四光的意见，提出了“不放弃西北，多搞东部”的方法。李四光和石油部的勘探队一起，终于探明了规模大、产量高的大庆油田。
李四光并没有因此而沾沾自喜，固步自封，他接着又指出：“今后该是我们跳出门坎往南移动的时候了。”在这个理论的指导下，李四光接连在华北、下辽河和江汉等地区发现了油田。
在李四光地质力学理论的指导下，“中国贫油”的帽子被彻底摘掉了，同时，地下水找到了，地势找到了，金刚石成矿带也找到了。
地震一直是地球人的一大心病，它始终在困惑着人类，威胁着人类。李四光对中国地震情况的预报和研究，也作出了自己的应有的贡献。
1967年，在湖北省间县地震后不久的一个深夜，中南海怀仁堂，国务院正在召开一个紧急会议，会议的议题是：有关方面报告，当天清晨7时北京将发生7级以上的地震，建议国务院批准同意，立即通知北京居民搬到室外避震。
周总理听取了各个方面的意见之后，便征询李四光的意见，问情况是不是这样紧急，需不需要疏散北京市的居民。
李四光没有立即回答总理的问话，而是拿起电话机，向北京周围的地应力观测站了解情况，然后才回到座位上，态度很明确地对总理说，今晚不要急着发警报。然后又补充了一句，请毛主席放心休息吧！
周总理同意不发警报。第二天，太阳依旧平安地照亮了北京城，人们依旧平静地生活、工作着。李四光的判断证实了。
早在1965年3月19日，经医生诊断，李四光就患了左髂骨总动脉瘤，5个月后，肿瘤已由4×6厘米发展成7×7厘米，发展的后果可能会破裂或栓塞，导致死亡。
医生一再叮嘱李四光，不能有过多过重的体力活动。
然而，李四光却是个闲不住的人，他想到，地热资源的开发与利用还没有得到广泛的重视，地质力学的许多工作还有待于进一步完善，地震预报的探索才刚刚起步，所以，李四光不顾年高体弱，重病在身，多次爬山涉水深入到地震地质第一线，把自己的全部心血都无私地奉献给了他所热爱的地质事业。
1971年，当他最后一次住进医院的时候，他还对医生说，只要再给我半年的时间，地震预报的探索工作，就会看到结果的。
令人遗憾的是，没有能够等到半年，就在他说了这些话的第二天，即1971年4月29日，他的动脉瘤突然破裂，抢救无效，他永远地离开我们了。
但是，李四光的精神，李四光的追求，将永远鼓舞着我们，为继续验证中国第四纪冰川的存在，寻找中国丰富的地下资源，探索地震发生的成因和规律，而继续去努力，去奋斗，去叩开地壳运动秘密的一道又一道大门。