地理信息可视化的本质是将抽象的数据形式转换为可视的图形图像形式，并允许用户通过交互的方式来观察数据中的细节信息，易于发现数据中隐含的信息与知识。相比使用文本或数字描述地理空间，可视化方法可以更加有效地帮助人们进行探索、分析、综合与表达。地理信息可视化提供了独一无二的强大工具，让人们可以对庞大复杂以致难以直接观察的地理信息进行分类、表达和交流，就像望远镜和显微镜那样，它可以让人们在地理空间中不用移动身体就能看到肉眼不可能看到的东西。

在技术发展上，地理信息可视化经历了二维纸质地图可视化到三维地理信息系统（GIS）可视化和四维虚拟地理环境三个阶段。纸质地图是传统地理信息可视化最基本的形式，它通过图形符号、色彩渲染、文字注记等视觉语言描述地理事物与现象的空间定位、空间模式与演变过程。受技术表现手段限制，纸质地图只能在二维平面上表达有限的静态地理空间数据。随着信息与通信技术、多媒体技术、动画技术等的发展，产生了以电子地图为代表的三维GIS可视化技术，扩展了时间维和第三维数据的可视化表达，并融入用户的交互式操作，更有效地浏览、量算、分析与决策地理信息。三维GIS可视化表达的方式更加多样，包括多媒体地图、三维景观图、交互式全景影像图等。在空间表达尺度上既有以Google Earth为代表的全球性可视化，也有服务特定领域的区域性、局部性专题电子地图可视化，前者采用全球分布的大量服务器系统和高效的空间数据传输与三维实时可视化技术，使任何人在任何时候都可以查询到全球任何地方的地理空间信息。四维虚拟地理环境则是基于虚拟现实技术和自然交互式技术等在三维地理信息可视化技术基础上发展的新型可视化技术，实现超越现实的多维动态表达、交互操纵与可视化探索功能。虚拟地理环境是计算机世界与现实世界和人类社会的有机融合，与不同地学学科的领域知识相结合，以具有真实感的形式表达、揭示地学过程机理、时空分布模式与关联关系。

在功能上，地理信息可视化方法一般分为展示、分析和探索三个层次，每一层次方法的功能与性能日益增强，显著提升了人类分析和理解世界的能力。展示主要根据地理空间坐标显示地图、专题地图以及相关的图表，新一代的多媒体地图则超越了传统简单的静态图像，使用动画和交互式的2.5维景观数据甚至真3维的分层信息，并能关联实时信息，调整显示参数如比例尺、分类分级和符号等。分析主要涉及各种模型计算结果的展示，充分利用数据库和数据挖掘技术，专注于让用户浏览复杂的信息空间，定位或检索或提取各种感兴趣的信息子集以及其中蕴含的特征，支持搜索、跟踪和查看历史记录，并能保存用户场景信息，支持不同位置间的平滑转换。探索则把显示的图形图像所传输的视觉洞察力与个人能力结合起来，用于探索、挖掘、过滤和操纵显示，支持投影、缩放和关联显示等，具备实时响应能力。在交互式探索过程中，还会使用变形技术，或者在聚焦的同时又保留数据总貌的方法。

在应用上，地理信息可视化不同于一般通用的科学计算可视化或信息可视化，它专注于现实世界中无处不在的地理背景信息，这种信息是对人类世界中的事物、概念、条件、过程或事件的空间理解的基础。因此，地理信息可视化工具被日益广泛地用于交互式探索性数据分析，包括对自然与人文信息的地理空间化感知。随着地理信息可视化从2维地图可视化到3维GIS可视化和4维虚拟地理环境的不断发展，将为人类与信息的自适应交互提供更加高效、灵活、多样的方式。