Teoria Gai jest hipotezą naukową, która została zapoczątkowana przez dr Jamesa Lovelocka w latach 1960. XX wieku. Lovelock twierdzi, że ziemia i jej struktura fizyczna, taka jak właściwości geologiczne i chemiczne, są powiązane z ekosystemami świata, a ich współistnienie wpływa, jeśli nie całkowicie, na warunki geologiczne, chemiczne i biologiczne, w tym na klimat. Ziemia. Wielu porównuje teorię Gai do rozumienia ziemi jako jednego organizmu. Pierwotnie nawiązujący do hipotezy Gai, pomysł Lovelocka został nazwany teorią Gai, ze względu na jej zdolność do przewidywania niektórych zachowań Ziemi.
Naukowcy wiedzą, że większość procesów zachodzących na Ziemi jest złożona i wzajemnie na siebie oddziałuje. Lovelock twierdzi, że wszystkie ziemskie ekosystemy współdziałają ze sobą, a każdy z nich stanowi istotny element struktury Ziemi i reguluje ją. W ten sposób, twierdzi Lovelock, wiele różnych procesów zachodzących na Ziemi, czy to biologicznych, geologicznych, chemicznych czy klimatycznych, pozostaje stabilnych.
Każdy proces istnieje zarówno sam w sobie, w odniesieniu do innych procesów, jak iw odniesieniu do ziemi jako całości. Na przykład wodór zniknąłby z atmosfery ziemskiej, gdyby nie niektóre biologicznie wytwarzane gazy, takie jak metan. Gdyby nie niektóre organizmy żywe, ilość dwutlenku węgla w atmosferze wzrosłaby około 30-krotnie w stosunku do obecnego, co spowodowałoby większy efekt cieplarniany, podwyższenie temperatury ziemskiej atmosfery, a także zmianę jej składu chemicznego i czyniąc Ziemię mniej odpowiednią dla żywych organizmów.
Lovelock twierdzi, że prawie stała temperatura powierzchni Ziemi wspiera teorię Gai w jeszcze inny sposób. Energia słoneczna wzrosła o 30% od początku życia, co powinno również podnieść temperaturę atmosfery Ziemi i zmienić jej skład chemiczny. Jedynym głównym niebiologicznym źródłem dwutlenku węgla niezbędnego do powstania efektu cieplarnianego, zjawiska, które w znacznym stopniu wpływa na temperaturę Ziemi, jest aktywność wulkaniczna, która jest nieprzewidywalna, sporadyczna i niezdolna do samoregulacji.
Chemiczny skład ziemskiej atmosfery powinien, z chemicznego punktu widzenia, być niestabilny i podlegać zmianom. Tlen powinien łączyć się z licznymi innymi gazami, natomiast metan byłby niestabilny i powinien spalać się w tak bogatym w tlen środowisku. Lovelock postuluje, że tylko dzięki regulacji przez żywe organizmy wszystkie procesy na Ziemi mogą trwać i pozostawać tak stałe.