空间分析是地理信息系统的核心功能，它涉及对空间信息的量化处理和多种关系的识别。在GIS中，空间实体之间的关系包括拓扑、顺序、距离和方位等，例如，查询特定条件下的城市位置，如京九线东部、距离不超过200公里、人口超过100万且居民年收入过1万，这就需要综合运用空间顺序、距离和属性信息的查询。
空间信息量计算包括质心量算、几何量算和形状量算，如计算线状地物的长度、曲率和方向，面状地物的面积和周长等。空间信息分类是GIS功能的关键，常用的方法如主成分分析、层次分析、系统聚类分析和判别分析，用于对地理数据进行有效分类和处理。
缓冲区分析是空间分析的重要工具，它通过在地理实体周围建立一定范围的多边形，来描述其影响或服务范围，如邻近度分析中解决交通沿线和设施服务半径等问题。叠加分析则是将不同主题层的数据进行组合，形成新的数据层，可以展现空间关系和属性关系的综合效果。
网络分析则关注于地理网络，如交通、基础设施网络，通过路径分析、地址匹配和资源分配等方法，优化网络工程的安排和效率。空间统计分析是GIS应用中的关键技术，如环境质量评估中，通过GIS工具对环境要素数据进行综合分析，揭示污染程度和分布情况。
常用的空间统计方法包括常规统计分析、空间自相关分析、回归分析和趋势分析，以及专家打分模型等，这些工具在GIS中发挥着至关重要的作用，尤其是在建设和谐社会的过程中，空间分析技术的作用日益显著。
空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。空间分析是地理信息系统的主要特征。空间分析能力（特别是对空间隐含信息的提取和传输能力）是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统成功与否的一个主要指标。