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采用地图投影这一方法，虽然解决了球面与平面之间的矛盾， 但在平面上完全无误地表示地球的各个部分是不可能的， 即是说它们之间必有差异，存在变形。 总体来讲，共有3种变形：一是长度变形，即投影后的长度与原面上对应的长度不相同了； 二是面积变形，即投影后的面积与原面上对应的面积不相等了； 三是角度变形，即投影前后任意两个对应方向的夹角不相等了。
这3种变形，对某一投影来说可能同时存在，而且在不同点位， 其大小不同。但我们可以通过一定的方法使某种投影变形不存在， 变形减小或分布均匀一些。哪一种地图投影都不是万能的，均有其优缺点， 也都有一定的局限性，我们应根据地图的用途、要求来选择需要的地图投影。
因此,地图投影主要是研究将地球椭球面(或球面)描写到地图平面上的理论、方法及应用， 以及地图投影的变形规律。此外，还研究不同地图投影之间的转换和图上量算等问题。
从常规制图实践来说，实现地球表面到地图平面的转换， 并不需要将所有点按式(2-1)逐点变换，而只需要将地球表面上的一些主要点， 如大地控制点、图廓点、经纬线交点等变换到平面上， 并连接经玮线交点得到经纬线，形成制图网，构成地图骨架， 使地图具有严格的数学基础。在数字地图环境下， 则按式(2-1)逐点实现数学基础和地图内容要素的转换。因此， 地图投影的任务是建立地图的数学基础， 它包括把地球表面上的地理坐标系转化成平面坐标系， 建立制图网——经纬线在平面上的表象。
地图测制的最初过程，概略地分为两步是选择一个非常近似于地球自然形状的规则几何体来代替它， 然后将地球表面上的点位按一定法则转换到此规则几何体上。 二是再将此规则几何体表面(不可展曲面)按一定数学法则转换为地图平面。 前者是大地测量学的任务，后者是地图投影学的任务。
当前，随着科学技术的发展，以数字技术为标志的现代地图学时代已经到来。 数字地图的出现，使地图的制图技术、出版技术以及应用技术都发生了革命性的变化。
作为数学基础的地图投影，在地图数字化生产、地理信息系统(GIS)、 国家空间数据基础设施建设以及数字化战场建设的军事测绘保障等领域，具有极其重要的意义。
地图投影是地图的数学基础，起着基础和骨架作用， 正是地图投影才使得地图具有严密的科学性和精确的可量测性， 这也是地图有别于照片、风景画等的重要特征。 从广义上讲，地图投影系统是实现空间信息定位的基础， 是地球空间数据的基础框架，是空间信息可视化的基础。