随着数字地球概念的深化，GIS技术正朝着多维度、动态和网络化方向发展，以满足资源、环境和城市等领域的需求。技术进步主要体现在两个方面：一是基于客户端/服务器架构，允许用户在终端上访问服务器上的数据和程序；二是通过互联网实现GIS的远程访问，能获取图形、图像数据并进行空间分析，这得益于现代通讯技术与信息高速公路的结合。数据挖掘技术的应用使得空间数据库的规律自动发现成为可能，支持遥感解译自动化和GIS分析的智能化。
GPS定位技术革新：GPS作为现代定位手段，已逐步替代传统仪器，与通信技术结合推动了空间定位技术的革命。GPS不仅能测定三维坐标，从陆地扩展至海洋和外层空间，从静态到动态，精度提升到米、厘米甚至亚毫米级别，拓宽了其应用领域。
地球系统科学依赖高速计算机处理复杂的非线性现象，数据挖掘技术在此中发挥关键作用，通过对海量数据的分析，揭示规律和知识。科学计算和建模模拟助力深入探究地球数据，而网格计算和信息化科研环境的提出，成为地球系统科学研究的必然选择。
信息表达的艺术：地球系统科学的信息表达主要通过可视化和虚拟现实技术。可视化是理解数字地球与人类交互的窗口，没有它，数字数据就失去了意义。虚拟现实技术则提供沉浸式体验，通过显示设备，用户可以观察地球从太空视角，精细到城市、乡村乃至个人住宅。这项技术在摄影测量中已成熟，未来将进一步发展为无缝拼接、任意漫游和放大，构建全地球的虚拟立体模型。
地球系统指由大气圈、水圈、陆圈（岩石圈、地幔、地核）和生物圈（包括人类）组成的有机整体。地球系统科学就是研究组成地球系统的这些子系统之间相互联系、相互作用中运转的机制，地球系统变化的规律和控制这些变化的机理，从而为全球环境变化预测建立科学基础，并为地球系统的科学管理提供依据。地球系统科学研究的空间范围从地心到地球外层空间，时间尺度从几百年到几百万年。