1.數據采集和編輯
主要用於獲取數據，保證GIS數據庫中數據在內容和空間上的完整性，數值邏輯的壹致性和正確性等。通過數據采集和編輯，可以將地理信息系統的數據抽象成不同圖層的實體要素，依次轉換成(x，y)坐標和相應的編碼，輸入計算機。目前，GIS中可用於數據采集的方法和技術有很多，其中最受關註的是自動掃描輸入與遙感數據的集成。
2.數據存儲和管理
這是建立GIS數據庫的關鍵步驟，涉及到空間數據和屬性數據的組織。空間數據結構的選擇在壹定程度上決定了系統可以執行的數據和分析功能。在GIS數據的組織和管理中，最關鍵的是如何整合空間數據和屬性數據。此外，空間數據的管理技術還包括:空間數據庫的定義、數據的存取和提取、從空間位置檢索空間對象及其屬性、從屬性條件檢索空間對象及其位置、窗口打開和邊連接操作、數據更新和維護等。
3.數據處理和轉換
由於GIS中涉及的數據類型多種多樣，同壹類型數據的質量也可能有很大差異。為了保證系統數據的標準化和統壹性，必須對數據進行相應的處理和轉換。前期數據處理主要包括數據格式化、轉換和綜合。數據格式化是指不同數據結構之間的轉換，耗時、易錯、計算量大，應盡量避免。數據轉換包括數據格式轉換和數據標度改變。在數據格式轉換的方式上，矢量到柵格的轉換比其逆運算更快更簡單；數據尺度的變換涉及到數據尺度的縮放、平移和旋轉，其中投影變換最為重要。目前GIS提供的數據綜合功能很弱，與地圖綜合的要求相差甚遠，需要進壹步開發。
4.空間查詢和分析
空間查詢是GIS和許多其他自動化地理數據處理系統應該具備的最基本的分析功能。空間分析是GIS的核心功能，也是GIS與其他計算機系統的根本區別。GIS的空間查詢和分析功能主要包括以下幾項:
(1)空間查詢:是GIS最基本的功能，包括已知屬性圖形的查詢，已知圖形屬性的查詢，各種條件的綜合查詢。
(2)拓撲疊加:將同壹區域內兩個或兩個以上不同圖層的要素進行疊加，生成新的空間要素。
(3)緩沖區分析:為數據庫中的點、線、面實體建立各類要素的緩沖多邊形，以確定不同地理要素的空間接近度。
(4)網絡分析:是GIS空間分析的重要組成部分。網絡模型是運籌學中的基本模型。例如，公共設施，如圖書館和醫院，設置在城市街道上，希望居民的家有最短的路到達這些設施。建消防站、救護站，要走最短的路，花最少的時間。
(5)數字地形分析:通過構建數字高程模型(DEM)，對地形進行分析，包括坡度、坡向、地表粗糙度、剖面分析和能見度分析。
5.數據顯示和輸出
GIS為用戶提供了許多表示地理數據的工具，這些數據可以顯示在計算機屏幕上或硬拷貝地圖上，如報告、表格和地圖。圖形輸出GIS產品的主要形式包括各類符號圖、點值圖、暈圈圖、等值線圖、立體圖等。