GIS的核心问题可归纳为5个方面的内容:位置、条件、变化趋势、模式和模拟(见图1.1)。
图1.1 GIS的核心问题
(1)位置(Locations):即“在某个特定的位置有什么”。一般通过地理对象的位置进行定位，然后利用查询获取性质，例如当前地块名称、所有者、地点、土地利用情况等。位置问题是地学领域最基本的问题，在GIS中反映为空间查询技术。
(2)条件(Conditions):即“什么地方有满足某些条件的地理对象”。根据地理对象的属性信息，通过从预定义的可选项中进行选取，列出条件表达式，进而查找满足该条件的地理对象的空间分布位置，如在屏幕上将满足指定条件的所有对象以高亮度显示等。条件问题是GIS中一种较复杂的查询问题。
(3)趋势(Trends):该类问题需要在综合现有数据的基础上识别已经发生或正在发生变化的地理现象。它要求能够根据现有的历史数据、现状数据等，对现象的变化过程做出分析判断，对过去做出回溯，并能对未来做出预测。例如在研究地形演变问题时，可利用历史的和现有的地形数据对不同历史时期的地形发育情况进行展现，也可进一步对未来地形做出分析预测。
(4)模式(Patterns):即地理对象实体与现象的空间分布间的空间关系问题。第一步:确定模式，一般需要在熟悉现有数据、了解数据间的内在关系的基础上通过长期的观察来确定;第二步:获得报告，说明该事件发生的时间、地点、显示事件发生的系列图件。例如，城市中居住人口分布与不同功能区的分布的关系模式。
(5)模拟(Models):即某个地理位置如果具备某种条件会发生什么问题。是在模式和趋势的基础上，建立因素和现象之间的模型关系，进而发现普遍规律。例如，在对某矿区的突水和地质条件、含水层条件、隔水层条件等关系研究的基础上，对其他矿区进行相关问题研究。一旦发现具有普遍规律，便可建立通用分析模型，并可进行相应的预测和决策。
GIS作为空间信息自动处理及分析系统，其功能遍及“数据采集—数据分析—决策应用”全过程。因此，一个GIS应该具备以下基本功能:
(1)数据采集功能。GIS的第一步就是数据采集，主要用于获取数据。数据采集即通过各种数据采集设备(如GPS、全站仪、经纬仪等)获取现实事物的描述数据，并输入GIS。目前，可用于GIS数据采集的方法与技术很多，最典型的有两类，一是跟踪数字化技术，二是扫描数字化技术。随着扫描技术的发展和广泛应用，后者已经成为GIS数据采集的主要技术。
(2)数据处理。通过GIS数据采集获取的数据为原始数据，其不可避免地存在误差。为尽可能地减小误差，保证数据在逻辑、数值上的完整性和一致性，需要对数据进行格式化、格式转换和概化等一系列的处理工作。数据格式化是指不同数据结构数据间的转换。数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变化等。数据概化包括数据平滑、特征集结等。GIS应该提供强大的、交互式的数据处理功能。
(3)数据存储、组织与管理功能。数据的有效组织与管理是成功建立GIS数据库的关键步骤，也是GIS系统应用成功与否的关键。为了能高效的再现真实环境并进行各种分析，必须按照一定的结构对计算机中的数据进行组织管理。由于空间数据本身具有特定的特征，GIS必须发展自己特有的数据存储、组织和管理功能。目前常用的GIS空间数据组织方法有栅格模型、矢量模型和栅格/矢量混合模型，数据管理模式有面向对象数据管理模式、全关系型数据管理模式和文件－关系数据库混合管理模式等。
(4)空间查询与空间分析功能。空间查询是GIS和其他许多自动化地理数据处理系统应具备的基本功能，空间分析是GIS特有的功能和的核心功能。
GIS可以方便地对地理信息进行检索和查询。虽然通用数据库提供了诸如SQL语言的数据库查询语言，但对GIS而言，需要对其进行补充或改进，进而使之支持空间查询。例如查询穿过一个城市的公路、与某个城市相邻的城市、某高速公路周围6km范围内的居民点等，这些查询问题是GIS所特有的。因此一个功能强大的GIS软件，应该满足常见的空间查询的要求，设计一些空间查询语言。
空间分析是较空间查询更深层次的应用，包括拓扑分析、叠置分析、网络分析、缓冲区分析等。随着GIS应用范围的拓广，GIS的空间分析功能将继续增加和完善。GIS的空间分析可分为3个不同的层次:①空间检索，包括从属性检索空间物体和从空间位置检索属性。②空间拓扑叠加，本质为空间意义上的布尔运算，实现了输入要素属性在空间上的连接(Join)以及要素属性的合并(Union)。③空间模拟分析，该层次的应用研究可以分为3类，即GIS内部的空间模型分析、GIS外部的空间模型分析及混合型的空间模型分析。其中空间模拟分析是GIS应用深化的标志。
(5)数据输出功能。通过图形、表格等方式显示空间数据是GIS项目的必须。作为可视化工具，图形是传递空间数据信息的最有效工具。GIS的主要功能之一就是计算机地图制图，包括地图符号的设计与符号化、图幅整饰、图例与布局地图注记、统计图表制作等项内容。另外GIS软件也应具备驱动打印设备或显示设备的能力，因为对属性数据也要设计报表输出，且这些输出结果需要在打印机、显示器、绘图仪上输出。
图1.2显示了这些功能之间的关系及它们操作(Manipulation)数据的不同表现。
图1.2 GIS功能概述(椭圆)以及它们的表现(矩形)