1926年，中国地质学会在北京开会。李四光在会上宣读了他的《地球表面形象变迁的主因》的论文。会议大厅里地质学家济济一堂，在北大教书的美国地质构造学权威维理士也聚精会神地聆听李四光的演讲。
《地球表面形象变迁的主因》，可以说是李四光的地质力学的第一篇萌芽文章。他以中国晚古生代（距今400百万—230百万年）以后，大陆上海水进退的情况，来论证地壳运动的规律。以北半球来说，南方海水淹没（海侵），北方就出现陆地（海退），海水由两极涌向赤道；再经过若干时候，北方海侵，南方则出现海退，海水又由赤道涌向两极。地球表面的海水，就是这样不断反复出现具有方向性的运动。推而广之，地球表面的固体物质——岩石，也像海水一样，可以做水平运动。
奥地利有一位名叫苏士的地质学家，他认为地球表面的海水运动，是具有全球性的，要升都升，要降都降。李四光第一个批判了这种传统地质学观点，提出海水不但有垂直运动，而且还有水平运动。产生水平运动的原因，主要由于地球自转速度的变化。
地壳运动，同样受地球自转速度快慢变化的影响，当地球自转速度越来越快的时候，离心力的水平分力，就必然推动着地壳上的岩石向赤道方向移动；而当地球自转速度减慢的时候，离心力减小，赤道附近的岩石则向两极方向移动。这样就造成了地壳上的岩石产生褶皱（即连续弯弯曲曲的形态）或断裂等现象。
李四光竭力阐明引起地球表面形象变迁的主因，是地球自转速度的快、慢变化。
这是一个崭新的理论，当然有的人接受不了。美国地质构造权威维理士就是其中的一个。当他听完论文后，气呼呼地站起来说道：
“很遗憾，在中国这个地方，居然会有人谈论这样的大问题，这些理论根本没有什么意义。请问李先生，你在哪个国家留学，你的导师是谁？”
李四光冷静地看了维理士一眼，笑而不答。心想：学术讨论就是学术讨论，有理走遍天下，与在哪国留学，导师是谁有什么关系。
维理士的地质构造观点也是传统的，他认为：由于太平洋底的陷落，它的边缘便朝着大陆挤压，这样形成了环太洋的美洲山脉。这种学说称为“大洋造山说”，是地壳的垂直运动引起的。李四光则认为：亚洲各种构造式形成的山脉，与美国西海岸的环太平洋美洲山脉不一样，东亚的山脉不仅分布在环太平洋边缘，还分布在大陆内部，而且山脉的延伸不与大陆边缘平行。例如，阴山—天山，秦岭—昆仑，南岭等山脉，怎么能用太平洋底陷落理论来说明它们的形成呢？而真正的原因是大陆本身的运动。
1926年，李四光作为北京大学的代表，到莫斯科参加地质科学会议。他坐在火车上，看到东西蜿蜒的乌拉尔山脉，引起了他特殊的兴趣。当他打开地图与实际山脉对照时，发现这座巨大的乌拉尔山脉是东西延伸，并且中段向南突出，是个一弯三折的大弧形构造，在弧形的北边，有一条南北方向的山脉存在。从地图上看，俨然一个“山”字形，这是李四光认识山字形构造的开始。
1927年，蔡元培先生任中央研究院院长时，他聘请李四光到上海担任中央研究院地质所所长。1928年，李四光带领一个地质调查组到南京、镇江作地质调查，他们发现了镇江的宁镇山脉是一个“山字形构造”。同一年，他们又在广西发现一个很大的“山字形构造”。从此，李四光在地质力学构造体系中建立了山字形构造类型。除此以外，他们还发现了“多字形构造”、“歹字形构造”、“S型”和“反S型”旋转构造，还有巨形的东西向（纬向）构造、呈北偏东向的构造带，李四光称为华夏构造带。根据实际资料，李四光建立了地质力学构造体系。
在20世纪30—40年代初期，李四光对构造体系进行了大量的工作，寻找各类构造型式的独特本质，建立科学的概念。为达到上述目的，李四光带领他的弟子们到野外进行实地考察，取得了大量的第一手资料，为地质力学的创立和完善奠定了坚实而雄厚的基础。
1945年，李四光到重庆后，每天上午去重庆大学讲课，下午到地质所工作。后来他发表的《地质力学的基础与方法》一书，就是他根据当时的讲稿整理编写而成的。
在重庆期间，李四光身体健康状况不佳，患有肺结核、肠胃病，加上过于劳累，有一次曾晕倒在去重庆大学的路上，医生诊断是心绞痛，要他休息，不能工作，不能抽烟。从这时起，他与烟绝缘了。病好转以后，他们一家人搬到北碚北温泉去住了。这时他一边休养，一边带领地质所的研究人员，在附近做地质调查工作。在北温泉附近，他发现了第一个小型的帚状构造。
在李四光的倡导下，于1956年设立了地质部地质力学研究室。1960年又将地质力学研究室改名为地质力学研究所。在所里，李四光亲自布置与指导野外工作。对实验室的建立和研究，他非常重视，亲自指导建立了泥巴模拟实验室、X射线衍射及岩矿鉴定实验室，同位素年龄测定实验室、岩石力学实验室等，并且还经常到实验室指导和亲自参加实验。
1961年，李四光开始写《地质力学概论》，这年的夏天，因感冒住进医院，病好后到青岛疗养。这次疗养，实际上是集中时间写完《地质力学概论》。这是一本全面总结，有很高理论水平和丰富实际资料的代表性著作，它包含了李四光几十年来的地质力学研究成果。1961年11月，这本书稿送到北京付印。但在稿子送走的第二天，李四光的心脏病就复发了，而且很严重。
