地理信息系统通常是按有一定意义的图层和相应的属性建立空间数据库的。 为了满足特定空间分析的需要，需对原始图层及其属性进行一系列的逻辑或代数运算， 以产生新的具有特殊意义的地理图层及其属性，这个过程称为空间变换。 空间变换可以基于单个图层进行，也可以对多个图层，本章将空间变换仅限于对单个图层的操作或计算， 基于多图层的操作，将在叠加分析里讲述。
地理信息系统中空间数据可分为矢量和栅格两种数据结构。 由于矢量结构中包含了大量的拓扑信息，数据组织复杂，使得空间变换十分繁琐。 而栅格结构简单规则，空间变换比较容易。 另外基于矢量结构的空间变换，对于单个图层意义不大，生成新图层时往往需要多个图层的信息， 在多图层叠加分析中意义很大。
基于栅格结构的空间变换可分为三种方式：（1）单点变换；（2）邻域变换；（3）区域变换。
单点变换只考虑单个点的属性值进行运算，假定独立单元的变换不依赖于其邻点上属性的影响， 也不受区域内一般特征的影响。 单点变换最常见的函数有加、减、乘、除等代数运算； 与、并、非、异或等逻辑运算； 大于、小于等比较运算； 指数函数，对数函数、三角函数等。 其得到的新图层可与原图层属性意义完全不同。
邻域变换是指在计算新图层图元值时，不仅考虑原始图层上相应图元本身的值， 而且还要考虑与该图元有邻域关联的其它图元值的影响。 这种关联可以是直接的几何关联，也可能是间接的几何关联。 常见的函数有平滑、离散点搜索、连续表面描述（坡度、坡向、可视域分析）、点在多边形中的判断等。
区域变换是指在计算新图层属性值时，要考虑整个区域的属性值，即通过一个函数对某一区域内的所有值进行综合， 然后计算新属性值。 常见的函数有求区域平均值、众数，极值、求和、归组、整体插值等方法。