地图理论是现代地图学三大组成部分之一（见理论地图学）。从发展历程来看，包括地图学学科体系理论、地图学“老三论”、地图学“新五论”、专题地图制图理论、信息时代地图学理论等内容。

地图学在发展成为独立的学科体系过程中，其结构也在不断发展演变、组合、分化和扩展。中国现代地图学的学科体系形成于20世纪50年代。当时以借鉴和引进苏联的学科体系为主，将地图学分为地图理论、地图投影（含地图量算）、地图编制、地图整饰和地图制印。80年代以来，中国学者对地图学学科体系进行了系统的归纳和明确的表述，即地图学是由地图理论、地图制作方法与技术、地图应用三部分构成。中国学者廖克在其专著《现代地图学》（2003）中，提出地图学学科体系包括理论地图学、地图制图学和应用地图学3个学科分支，共24个学科方向。该学科体系虽然各分支学科的组成比较全面，但对于21世纪地图学在数字化和信息化方面的进步没有关注，只反映了20世纪末的水平。

中国学者王家耀等基于地图学现代科学体系的思考，针对地图学的整体性、层次性、关联性和体系的开放性将地图学作为一个系统，提出了新的地图科学框架体系。该体系将地图学分为理论地图学、地图信息工程学、应用地图学3个一级分支，下面又分为基础理论、应用理论、地图学史、模拟地图制图、数字地图制图、地图信息系统、模拟地图应用、数字地图应用、地理信息系统（GIS）分析与应用9个二级分支，之下又分为25个三级学科方向。图中还反映地图学与其他学科，如自然科学（包括系统科学、数学、信息科学、地球与环境科学等）、社会与人文科学（包括心理科学、语言学）、认知科学、技术与工程科学等之间的关系。

地图的“老三论”即传统地图学的三大支柱理论：地图投影、制图综合、符号系统与表示方法。

中国的地图投影从中华人民共和国成立初期以引进和学习苏联为主，到研究并建立了国家基本比例尺地形图的统一大地坐标系、统一比例尺、统一投影、统一分幅的理论体系，再到对各种普通地图与专题地图的投影理论、公式和方法的研究等，都取得了巨大的成就；到20世纪末，已经能够在数字地图制图系统和地理信息系统软件中实现多种地图投影的自动变换。

制图综合又称地图概括。制图综合作为地图学的三大支柱理论之一，历来是地图学中最富挑战性和创造性的研究方向，至今仍是现代地图学面临的核心问题之一。中国地图学界的老、中、青三代地图学家都在制图综合方向上有过卓越建树。总体来看，中国制图综合的发展过程有中国科学家自己的特色，也经历了若干发展阶段。①从20世纪50年代到80年代，把制图综合从“主观过程”发展成为“客观的科学制图方法”，出现了相当数量的制图对象选取和简化的数学模型、公式和算法；制图综合的数理统计法、图解法、数学分析方法得到了普遍的应用。②20世纪90年代到21世纪10年代，由数学模型驱动的制图综合，发展到模型（算法）、知识和GIS工具相结合的自动制图综合，建立了面向地理特征的制图综合理论体系。③由追求制图综合的全自动化到人机协同，由针对单个要素的孤立和零散的模型、算法和知识的自动制图综合，发展到全要素、全过程、可控制的整体过程控制和保质设计。

地图符号系统和表示方法作为地图学另一支柱，无疑是地图学研究中最能彰显其研究成果和水平、能够最直接地展示地球科学及其他领域研究成果的研究方向。中国地图符号系统的研究，最早可以追溯到明代罗洪先，之后经过明、清、民国时期的其他地图学家的继续努力和创新，中国地图符号系统的研究从近代化走到了现代化。中华人民共和国成立到80年代，中国地图学在引进、吸收和消化苏联的相关理论和方法的同时，在地图符号设计、地貌表示方法、地图色彩、专题地图符号和表示方法等方面，取得了令国际地图学界瞩目的成就。90年代以来，又向地图信息的可视化方向发展，出现了“多维动态可视化”的理论体系。21世纪以来，传统地图学的符号系统和表示方法研究方向已经向虚拟地理环境方向发展，地图学和地理信息系统的两个领域专家和学者从各自的角度出发，共同探讨如何将二维平面地图改造成为能反映立体和时间动态的形象直观画面，如何让地学研究人员能有一种身临其境的体验感觉，进而提出了三维矢量和栅格数据模型和时态数据模型，并与网络环境下的网络地理信息系统相结合。

70年代以来，在信息论、系统论、控制论三大理论的影响下，同时也受国际地图学的影响，中国地图学界兴起了对地图信息论、地图传输论、地图模式论、地图认知论、地图语言学五大新理论的研究。①地图信息论。从信息熵的角度，研究地图图形的几何特征、色彩、符号等信息的表达、传递、储存、转换、处理和利用等的理论，有助于认识地图的实质，深化对地图住处计量方法的研究。②地图传输论。是研究地图信息传输的原理、过程和方法的理论，将客观环境—制图者—地图—用图者—再认识的客观环境构成一个的统一的整体。③地图模型论。又称地图模型论。是研究如何建立再现的客观环境的地图模型，并用地图数学模型来反映和表达客观现实的理论。④地图认知论。又称地图感受论。是研究人类认知地图获取信息的手段、原理和过程的理论，有地图认知环、地图多模式感知和认知等理论。⑤地图语言学。把地图符号及表示方法当作地图语言，研究地图如何使用各种视觉变量作为地图语言工具，承载和传递制图者所要达到的客观世界质、量、结构和动态等信息。

专题地图编制是地图学重要的分支之一，是一门专门研究各种专题信息的收集、分析、分类、综合、信息表达，最终实现专题信息可视化的学科，具有理论与技术相结合、科学与艺术相结合、定性与定量相结合的特点。专题地图也是地球科学各分支学科研究的基础，因为它们既是地学研究成果的表达手段，更是它们的研究手段。

中国专题地图编制起步于清末和民国时期，但作为地图学的分支学科则形成于20世纪50年代。从50年代服务于生产建设、专业普查、科学考察的专题地图编制，到70～80年代撰写并出版了相当数量的专题地图教科书（如《专题地图制图自动化》《专题地图编制》《专题地图与地图集编制》《专题地图制图》《专题制图数学模型》等），系统地论述了各类专题地图和地图集的编制理论、方法和技术流程，再到80～90年代以来，进入现代专题地图学发展阶段，中国专题地图制图中融入了航空和航天遥感、计算机、地理信息系统等领域的新理念和新技术，专题地图的制图内容向广度和深度发展，向标准化、规范化和自动化的方向发展，专题地图主题几乎覆盖了人类生产、生活的各个方面，从而极大地推动了专题地图的理论研究的水平，包括专题地图制图指标体系、定量专题制图、专题地图符号和表示方法设计、数据处理等。各个学科领域的数学模型已经成为生成专题新图层的不可缺少的方法和手段。

21世纪以来，中国专题地图学进入信息化发展阶段，地理信息网格、空间认知、可视化等理论融入专题地图学的理论体系中，出现了数字专题地图、智能化专题地图编制、网络在线专题地图编制、交互式虚拟专题地图编制、可移动地图、网络地图、快餐地图、动画地图、街景专题地图、室内专题地图等一系列新图种。

地图学新理论和新概念的研究又有新的进展，建立了信息时代的现代地图学的理论体系。例如，“地图学四面体”理论，将现代地图学体系概括为由实地-地图-数字地图-读者四个顶点构成，从而将现代地图学的理论体系由“地图学三角形”的3点和3个关系扩展为4个主体之间的6个关系，反映了信息时代地图学的发展与变革；再如，形成了现代地图学的“演化论”和地图哲学思维等在内的一系列地图学的新思维，自适应、自组织、自导航的现代地图学“三自”系统观念，数字地图的“1个本体对象、7个技术环节”的体系结构框架，以及数字地图在精度和科学性、抽象度和智能化、创意性3个维度的评价结构体系。中国科学家自主创立的地学信息图谱，建立了从概念、定义、模式、框架到提炼技术方法，再到案例分析的一整套理论和方法体系；该理论与图形图像思维、地图思维等理论方法一道，成为中国地理信息科学方法论重要的组成部分。此外，地图模型和传输、地图空间认知和视觉感受、地图本体、地图语言学等理论在20世纪末已有基础上又有新的深化和扩展。