Một hệ thống GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau: Thu thập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, truy vấn (tìm kiếm) dữ liệu, phân tích dữ liệu, hiển thị dữ liệu và xuất dữ liệu.
- Thu thập dữ liệu (data collection): Dữ liệu mô tả các đối tượng địa lý được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu địa lý. Cơ sở dữ liệu địa lý là một thành phần có chi phí xây dựng cao và tồn tại trong một thời gian dài cùng với hệ thống, vì vậy việc thu thập dữ liệu là một vấn đề hết sức quan trọng. Làm thế nào để lấy dữ liệu chỉ tồn tại trên dạng giấy vào cơ sở dữ liệu? Dữ liệu này ở dạng số nhưng không thể sử
dụng được, vậy nó ở định dạng nào? Một hệ thống thông tin địa lý phải cung cấp các phương pháp để nhập dữ liệu địa lý (tọa độ) và dữ liệu dạng bảng (thuộc tính). Hệ thống càng có nhiều phương pháp nhập dữ liệu thì càng mềm dẻo và linh hoạt.
- Lưu trữ dữ liệu (data Storage): Có hai mô hình cơ bản được sử dụng để lưu trữ dữ liệu địa lý: vector và raster. Một hệ thống thông tin địa lý cần phải có khả năng lưu trữ cả hai định dạng dữ liệu này. Trong mô hình dữ liệu vector, đối tượng địa lý được biểu diễn tương tự như cách chúng biểu diễn trên bản đồ (bằng các đối tượng điểm, đường và vùng). Một hệ tọa độ x,y được sử dụng để xác định vị trí của các đối tượng này trong thế giới thực. Mô hình dữ liệu raster biểu diễn các đối tượng bằng cách sử dụng một lưới bao gồm nhiều ô. Mức độ chi tiết của đối tượng phụ thuộc vào kích thước của các ô trong lưới. Định dạng dữ liệu raster rất phù hợp cho các bài toán phân tích không gian cũng như việc lưu các dữ liệu dạng ảnh. Dữ liệu dạng raster không thích hợp cho các ứng dụng như quản lý thửa đất vì ranh giới của các đối tượng cần phải được phân biệt rõ ràng.
- Truy vấn dữ liệu (data query): Một hệ thống GIS phải có các công cụ để tìm ra các đối cụ thể dựa trên vị trí địa lý hoặc thuộc tính của nó. Các truy vấn, thường được tạo ra bởi các câu lệnh hoặc biểu thức logic, sẽ được sử dụng để chọn ra các đối tượng trên bản đồ và các bản ghi của chúng trong cơ sở dữ liệu. Một truy vấn của một hệ thống GIS thông thường sẽ trả lời câu hỏi: Cái gì? Ở đâu? Trong kiểu truy vấn này, người sử dụng biết đối tượng nằm ở vị trí nào và muốn biết các thuộc tính của nó. Điều này có thể được thực hiện trong hệ thống GIS bởi vì đối tượng địa lý được thể hiện trên bản đồ sẽ có liên kết với thông tin thuộc tính của nó lưu trong cơ sở dữ liệu. Một kiểu truy vấn khác của GIS là tìm các vị trí thỏa mãn một số tính chất nào đó. Trong trường hợp này, người sử dụng biết rõ các tính chất quan trọng và muốn tìm xem những đối tượng nào có thuộc tính đó.
- Phân tích dữ liệu (data analysis): Phân tích địa lý thường liên quan đến nhiều tập dữ liệu khác nhau và yêu cầu một quá trình nhiều bước để cho ra kết quả cuối cùng. Một hệ thống GIS phải có khả năng phân tích mối quan hệ không gian giữa các tập dữ liệu để trả lời câu hỏi và giải quyết vấn đề mà người sử dụng đặt ra. Ba phương pháp phân tích thông tin địa lý phổ biến là:
+ Phân tích gần kề xấp xỉ: Sử dụng thuật toán buffering để xác định mối quan hệ gần kề giữa các đối tượng.
+ Phân tích chồng xếp: Kết hợp các đối tượng của hai lớp dữ liệu để tạo ra một lớp mới, lớp kết quả này sẽ chứa đựng các thuộc tính có trong cả hai
lớp gốc. Lớp kết quả có thể được phân tích để tìm ra những đối tượng chồng phủ hoặc để tìm ra mức độ một đối tượng nằm trong một vùng hoặc nhiều vùng nào đó là bao nhiêu.
+ Phân tích mạng lưới: Để giải quyết các bài toán như mạng lưới giao thông, mạng lưới thủy văn…
- Hiển thị dữ liệu (data display): Hệ thống GIS cũng cần phải có các công cụ để hiển thị các đối tượng địa lý sử dụng nhiều ký hiệu khác nhau. Đối với nhiều loại phép toán phân tích, kết quả cuối cùng chính là bản đồ, đồ thị hoặc các báo cáo.
- Xuất dữ liệu (data export): Hiển thị kết quả là một yêu cầu bắt buộc của hệ thống GIS. Việc hiển thị được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau. Càng nhiều dạng đầu ra mà GIS có thể đưa ra thì khả năng tiếp cận thông tin và đối tượng chính xác càng cao.