С начала 1970-х гг. исследует одну из глобальных проблем – проблему освоения космоса. В ходе методологических поисков выдвинул и обосновал то направление глобальных исследований, которое позже получило наименование космоглобалистики (это наименование им было предложено в начале 1990-х гг.; см.: Глобальные проблемы социального развития (философско-методологические аспекты) / Отв. ред. А.Д. Урсул. Кишинев : Штиинца, 1988). Создал концепцию антропогеокосмизма (социогеокосмизма), согласно которой роль развития космонавтики является приоритетной для решения земных, общепланетарных проблем человечества и формирования единой суперсистемы человечество–Земля–Вселенная, ставшей методологической основой космоглобалистики. В монографии «Человечество, Земля, Вселенная. Философские проблемы космонавтики» (М. : Мысль, 1977), рассматривая вопрос о становлении человечества как целостной цивилизации, которая наиболее эффективно сможет взаимодействовать с природой планеты и космоса, выделил два основных аспекта этого единства (целостности) человечества. Первый аспект связан с системно-историческими, пространственными характеристиками (глобальными и космическими), а второй аспект – с общими закономерностями, которые позволяют говорить об определенном единстве человечества задолго до появления устойчивых связей между ранее автономно развивающимися цивилизациями землян. Учитывая, что проблема формирования целостности человечества составляет суть и историческую «цель» процесса глобализации, речь в данном случае идет о критериях глобальности и об их космических трансформациях.
В монографии «Проблема внеземных цивилизаций. Философско-методологические аспекты» выдвинул и обосновал идею, согласно которой одной из наиболее важных задач проблемы поиска внеземных цивилизаций является содействие развитию наук и земных проблем человечества (прежде всего глобальных), требующих подхода к нашей цивилизации как к системно-целостному прогрессивно развивающемуся объекту (см.: Рубцов В.В., Урсул А.Д. Кишинев : Штиинца. 1984, 2-е изд. 1987).
В монографии «Философия и интегративно-общенаучные процессы» (М. : Наука, 1981) Урсул, по-видимому, впервые употребил термин «глобализация» (С. 204) и обосновал интегративно-общенаучный характер глобальных проблем. Широко известны
работы Урсула по проблеме информации, в которых обосновывается глобально-общенаучный характер этой проблемы (в частности, в плане такого глобального процесса, как информатизация общества и становление глобального информационного общества) и формулируется информационный критерий развития, который используется в глобальных исследованиях.
В монографии «Путь в ноосферу. Концепция выживания и устойчивого развития цивилизации» (М. : Луч, 1993) впервые в отечественной литературе показано, что решение всего комплекса глобальных проблем лежит на пути планетарного перехода к устойчивому развитию, а становление ноосферы как глобального (а в перспективе и планетарно-космического) процесса будет вначале реализовываться через устойчивое развитие. Ноосферогенез он рассматривал с социотехнологической точки зрения как созидание вначале глобального информационного общества с устойчивым развитием (инфоноосферы), затем как становление экологического общества (эконоосферы) в планетарном масштабе, а в отдаленной перспективе – космоноосферы. Были сформулированы также основные принципы нового этапа глобального процесса становления сферы разума (как формирования опережающего ноосферного интеллекта), реализуемой через глобальный процесс устойчивого развития, что положило начало «неклассическому этапу» учения о ноосфере – ноосферологии.
Особое внимание Урсул уделял социоприродным глобальным процессам, в частности их социоэкологическим аспектам, применяя к их исследованию эволюционный и футурологический подходы, акцентируя внимание на особенностях планетарного экоразвития в аспекте перехода к устойчивому будущему. Он является автором концепции агроноосферной революции, которая рассматривается им как принципиально новый глобальный процесс, в перспективе гарантирующий обеспечение продовольственной безопасности цивилизации.
В серии монографических трудов им предложена и развита междисциплинарная концепция глобального социоприродного перехода к устойчивому развитию. Он предложил и разработал концепцию права устойчивого развития как наиболее вероятного варианта перехода от современного международного права к будущему глобальному праву, имеющему принципиально инновационно-опережающий характер. Он впервые предложил и разработал концепцию обеспечения безопасности через устойчивое развитие, которая была положена в основу принятой в 2009 г. «Стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года».
Изучая проблемы глобального образования, он предложил концепцию и разработал основные принципы образования для устойчивого развития, а также концепцию опережающего образования, тесно связанную как с экологизацией и информатизацией общества, так и с обеспечением безопасности и переходом к ноосфере через устойчивое развитие. Предсказал возможность и необходимость кардинальных трансформаций современного образования, вектор которых направлен от современной индустриальной и постиндустриальной его форм к образованию для устойчивого развития, а в дальнейшем – к ноосферному образованию. Разработал концепцию глобально-эволюционного образования как наиболее широкого информационного представления образовательного процесса, в котором образование видится сквозь призму универсального (глобального) эволюционизма уже в социоприродной системе человек–общество–природа.
С начала 1970-х гг. занимался исследованиями глобальной (универсальной) эволюции, выдвинул оригинальную концепцию этой эволюции как перманентной самоорганизации во Вселенной и ее социоприродного (планетарного и космического) продолжения. Раскрыл общие и социоестественные принципы глобальной эволюции, дал информационно-синергетическую интерпретацию антропного космологического принципа, ввел принципы темпоральной целостности и футуризации для исследования социоприродной истории, исследовал перспективы социального бессмертия и постсоциального сценария глобальной эволюции.
Совместно с И.В. Ильиным предложил эволюционный подход (отличающийся от исторического подхода) к глобалистике в монографии «Эволюционная глобалистика (концепция эволюции глобальных процессов)» (М. : МГУ, 2009). Основным предметом глобальных исследований в этой работе считаются глобальные процессы (причем включаются природные глобальные процессы) и рассматривается их эволюция на планете. Во временном аспекте выделяются следующие направления глобальных исследований: палеоглобалистика, современная глобалистика и футуроглобалистика (последняя исследует такие глобальные процессы, как переход к устойчивому развитию и ноосферогенез).