由计算机技术和空间数据相结合而产生的 GIS 这一高新技术，包含了处理地理信息的各种高级功能，但是它的基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。
1. 数据采集与编辑
它主要用于获取数据，保证地理信息系统数据库中的数据在内容与空间上的完整性、数值逻辑一致性与正确性等。通过数据采集与编辑，可以将地理信息系统的数据抽象为不同层的实体地物要素，按顺序转化为 ( x，y) 坐标及对应代码，输入到计算机中。目前可用于地理信息系统数据采集的方法与技术很多，自动化扫描输入与遥感数据集成最为人们关注。
2. 数据存储与管理
这是建立地理信息系统数据库的关键步骤，涉及空间数据和属性数据的组织。空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统所能执行的数据与分析的功能。在地理信息系统数据进行组织与管理中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体。此外，对空间数据的管理技术还包括: 空间数据库的定义、数据访问和提取、从空间位置检索空间物体及其属性、从属性条件检索空间物体及其位置、开窗和接边操作、数据更新和维护等。
3. 数据处理与变换
由于地理信息系统涉及的数据类型多种多样，同一种类型的数据的质量也可能有很大的差异。为了保证系统数据的规范和统一，必须对数据进行相应的处理与变换。初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括。数据的格式化是指不同数据结构的数据间变换，是一种耗时、易错、需要大量计算量的工作，应尽可能避免。数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变化等。在数据格式的转换方式上，矢量到栅格的转换要比其逆运算快速、简单; 数据比例尺的变换，涉及数据比例尺缩放、平移、旋转等方面，其中最为重要的是投影变换。目前地理信息系统所提供的数据概括功能极弱，与地图综合的要求还有很大差距，需要进一步发展。
4. 空间查询与分析
空间查询是地理信息系统以及许多其他自动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析功能; 而空间分析是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统与其他计算机系统的根本区别。地理信息系统的空间查询与分析功能主要包括以下几项:
( 1) 空间查询: 是 GIS 最基本的功能，包括已知属性查询图形，已知图形查询属性及多种条件的综合查询。
( 2) 拓扑叠合: 将同一地区两个或多个不同图层的特征相叠合，建立新的空间特征。
( 3) 缓冲区分析: 对数据库中的点、线、面实体建立各种类型要素的缓冲区多边形，来确定不同地理要素的空间邻近度。
( 4) 网络分析: 是 GIS 空间分析的重要组成部分。网络模型是运筹学中的一个基本模型，例如，在城市的街道区建立图书馆、医院等公共设施，希望各居民住家到达这些设施的路途最短; 而在建立消防站、救护车站时，需要路途最短、花费时间最少等。
( 5) 数字地形分析: 通过构造数字高程模型 ( DEM) ，对地形进行分析，包括坡度、坡向、地表粗糙度、剖面分析、通视分析等。
5. 数据显示与输出
GIS 为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件。图形输出 GIS 产品的主要表现形式，包括各种类型符号图、点值图、晕线图、等值线图、立体图等。