地理信息系统处理、管理的对象是多种地理实体、地理现象数据及其空间关系数据，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的地理实体、现象及过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。

地理数据的三要素中，除属性和时间外，空间位置特征是地理空间数据有别于其他数据的本质特征。一般信息系统仅包括属性和时间特征，而只有空间位置特征是地理数据所特有的，没有位置数据不能称为地理数据。地理信息系统要具有对空间数据管理、操纵和表示的能力。

地理信息的属性数据或属性信息，是除空间位置及关系外的所有的描述地理对象或人文属性的定性或定量的数据信息，这相当于一个普通的事务性信息处理系统。地理信息系统还要处理与之对应的空间位置和空间关系，以及与属性数据一一对应的处理。图形操作本身就是一个比较复杂的问题，何况在处理空间问题的同时还要处理属性数据。因此，地理信息系统中的空间数据处理的复杂性是一般信息系统中前所未有的技术难题。

地理信息系统海量数据特征来自两个方面：一是地理数据；二是空间分析。地理信息系统的海量数据带来的是系统运转、数据组织、网络传输等一系列的技术难题，这也是地理信息系统比其他信息系统复杂的又一个因素。

数据是地理信息系统的血液，贯穿于地理信息系统的各个过程。数据采集是第一步，即通过各种数据采集设备如数字化仪、全站仪等来获取现实世界的描述数据，并输入地理信息系统。地理信息系统应该尽可能提供与各种数据采集设备的通信接口。

通过数据采集获取的数据称为原始数据，原始数据不可避免地含有误差。为保证数据在内容、逻辑、数值上的一致性和完整性，需要对数据进行编辑、格式转换、拼接等一系列的处理工作。地理信息系统应该提供强大的、交互式的编辑功能，包括图形编辑、数据变换、数据重构、拓扑建立、数据压缩、图形数据与属性数据的关联等内容。

计算机的数据必须按照一定的结构进行组织和管理，才能高效地再现真实环境和进行各种分析。常用的地理信息系统数据结构主要有矢量数据结构和栅格数据结构两种，数据的组织和管理有文件-关系数据库混合管理模拟模式、全关系型数据管理模式、面向对象数据管理模式等。

地理信息系统需要对通用数据库的查询语言进行补充或重新设计，使之支持空间查询。空间分析是比空间查询更深层次的应用，内容更加广泛，包括地形分析、土地适应性分析、网络分析、叠置分析、缓冲区分析、决策分析等。随着地理信息系统应用范围扩大，GIS软件的空间分析功能将不断增加。

通过图形、表格和统计图表显示空间数据及分析结果是GIS必须具备的功能。