19世紀初，美國人開始認真研究地質學。1819年，美國地質學會建立，從而推動了美國地質勘探事業的發展。當時絕大多數州都自行任命了地質人員，勘探並研究本州的地質和礦物資料。聯邦政府也進行多次勘探，以求選定運河和鐵路的最適當路線，並斷定有價值的礦藏的位置和儲量。這就進一步促進了美國地質調查的發展。於是，千百位植物學家、動物學家和地質學家在富饒而遼闊的勘測地區獲取了寶貴的資料。對於這些資料，很多人進行了深入研究，其中成就最大的當數地質學家和礦物學家詹姆斯·德懷特·達納（James Dwight Dana， 1813—1895年）。
達納1813年2月12日出生於紐約州尤蒂卡的一個書香世家。1830年，他進入耶魯大學學習。這期間，他聽了西利曼教授講授的新地質學知識和關於歐洲地質學界的爭論的報告，對地質學產生濃厚興趣。西利曼從國外帶回來的礦石標本，更吸引了他。
1833年，達納沒等大學畢業，便離校擔任了即將駛往地中海的美國炮艦「德拉韋爾」號上海軍准尉們的數學導師。那時美國還未開辦海軍學校，年輕的海軍准尉們只能在船上跟著導師學習，藉此接受訓練。達納抓住這個機會.因為他想看看西利曼講過的地球的某些特徵。「德拉韋爾」號在地中海巡遊·達納的任務比較輕鬆.因此有充分的餘暇去研究地質學和結晶學.並且搜集了許多岩石和礦石。1834年12月，達納隨船回到紐約，脫離了海軍。
以後該幹什麼呢？父親希望達納學法律和醫學，但達納卻不喜歡。他真正希望的是在科學家和群書之間作學術性工作。西利曼教授喜歡達納這個學生，認為他的個性可愛。他讓達納給自己當助手，達納欣然接受。他的工作任務只是，對岩石作簡單的化學分析，替西利曼預備好礦石和化石標本，繪製幾張地質圖。
這樣，達納便有充分時間研究結晶學—礦物學的新支。礦物學是一門根據許多特徵而敘述各種礦物，將牠們分類並查明牠們之間相互關係的科學。研究礦物學時，須查明純淨礦物結晶的各個表面的形態及相關的角度，這就是結晶學。達納測量了耶魯大學以及他私人搜集的千百種礦物的角度。他計算出各種角度同結晶體的軸心之間的數學關係。他製作的空心玻璃質的結晶體模型，是美國製作最早的模型之一。他後來提出的結晶體分類法完全是依據礦物的化學成份及結晶體的構造進行分類的，是從未有過的準確方法。
1837年，達納才24歲，就出版了《礦物學體系》，這是美國教科書中的名著。該書敘述了成千上萬種礦物的所在地、結晶形態、物理和化學性質及有關的公式。美國人讀到此書後，紛紛出外找礦。地質探測成為美國最時興的戶外娛樂之一。
這樣，達納一躍而成為美國地質學權威。1838年，美國政府委派達納參加海軍遠征隊，擔任礦物學家和地質學家，前往南太平洋探險。這次歷時4年的遠征，使達納擴大了科學眼界，從而把地質學從一塊塊岩石、礦石和結晶體的研究發展為探討行星的問題，從此，整條山脈、整個山系都成為地質研究的對象。
1842年遠征回來，達納乘坐的船在哥倫比亞河口的砂洲遇難，他幾乎喪命。回到華盛頓以後，他便著手研究自己搜集的地質學和動物學方面的大批資料。當時他沒有在任何大學供職，全靠自己遠征時省下的積蓄過活。美國國會捨不得花錢印行這次遠征所搜集的科學資料，這引起了達納的不滿。他同西利曼的女兒結婚以後，便離開華盛頓，移居紐黑文。
1848年，達納發表《礦物學手冊》，影響頗大。1849年，達納被耶魯大學聘為西利曼博物及地質學講座的第一任教授，一直任職近半個世紀。
1862年，達納出版《地質學手冊》，使地質學這門新科學的內容更為清晰，方向更為明確。他把地質學看作是歷史科學，這是前所未有的。
達納把地球的地質構造劃分為若干時代，從大約15億年前開始的舊化石時代起，一直演變到大約4萬年前的冰河時代。他用這種劃分時代的辦法研究北美大陸複雜的地質情況。他把整個美國看作是一大塊岩石，認為其中各個岩層是在不同的情況下形成的。
對於達納來說，把一點一滴的單獨的資料拼湊起來，把許許多多的似乎互不相干的資料聯繫起來，進而提出正確的地質學理論，這是一項非常繁重的工作。但是他沒有被這些堆積如山的資料纏住身，他親自往野外跑了無數次，以對證資料。這足以反映他治學之嚴謹。
達納對珊瑚地帶的形成頗有研究。他在參加南太平洋遠征隊時，研究了澳洲沿海漫長的珊瑚堡礁和南洋的其它若干珊瑚礁與環狀珊瑚島。他看出這些珊瑚地帶是由於群居在海底的小動物珊瑚所分泌的石灰質生長並堆積而形成的。珊瑚類水螅生長於赤道附近的溫暖淺水中，造成了三種地形結構：邊緣礁、堡礁和環礁。邊緣礁靠近夏威夷群島和其它地方的海岸。堡礁在邊緣礁和海岸之間圍成一個礁湖。環礁是以礁湖為中心的一圈珊瑚。達納認為，堡礁和環礁是由於海底逐漸陷落，珊瑚在海底越生越多，堆積起來而形成的。當時達納在澳洲雪梨的報紙上獲悉了達爾文關於環礁和堡礁的新看法。他感到由衷高興的是，達爾文和他的結論不謀而合。因此，他又進一步進行研究，搜集了極為豐富的資料。1872年，他終於發表了《珊瑚和珊瑚島》，係統地論述了自己的見解。
達納對地質學上的另一個問題—火山學也有貢獻。他在「德拉韋爾」號上擔任數學導師時，曾觀察和研究了維蘇威火山的情況，因此寫成《論維蘇威火山的情況》一文發表。在南太平洋遠征隊時，他曾攀登夏威夷的一些火山。1860年，他重訪維蘇威火山，更進一步觀測了火山噴出物的性質。1890年，他出版《火山的特性》。1895年，他在逝世之前，在《美國科學雜誌》上發表最後一篇文章，對於研究內布拉斯加州的岩石構造作出了首創性的貢獻。
達納一生從事科學著述的時間長達60年，共出版過215種論文和書籍，其內容不只限於地質學和礦物學。他在參加遠征隊回來後，有14年忙于編寫各種筆記並整理搜集到的標本以備出版，其內容不但涉及地質學，而且涉及動物學。他關於植蟲（類似珊瑚的動物）的報告出版於1846年，關於甲殼類動物（龍蝦與蝦之類的動物）的報告出版於1854年。
達納所處的時代變亂甚多，他很少參與社會和政治活動，過著平凡而忙碌的教授生活。他的生活圈子限於本身的工作、家人和一小批朋友。但是他不是完全不關心他和他的同胞們所面臨的重大問題。在南北戰爭時期，他傾嚮北方，希望全國都廢除奴隸制。他還極力主張傳布科學所認識的真理，當科學的真理和研究的自由遭到侵害時，他挺身而出。
儘管達納害怕社交應酬，但作為美國地質學界眾望所歸的泰斗，他還是被推舉擔任最高的科學職位。他起初是擔任康涅狄克州科學院院長，後來擔任美國科學促進會會長和國立科學院院長。
達納在國外的聲望也頗高。達爾文對他的科學知識和見解非常尊重。在1849年，達爾文曾請達納借一些他參加南太平洋遠征隊時搜集的標本。關於夏威夷群島的火山口問題，達爾文也徵求過達納的意見，兩人書信來住達25年之久。達爾文的《物種起源》發表後，達納最初對達爾文的學說不大同意，但經過幾年的細心研究，終於改變了態度，接受了達爾文的進化理論。
作為一位著名的地質學家和礦物學家，達納以其卓越的研究成果為美國科學發展史增添了光輝的一頁，美國人民乃至全人類都不會忘記他的偉大貢獻。