Gis-analyysin osia ovat paikkatietoon kohdistuvat tiedonhallinta- ja laskentaoperaatiot, laskentatulosten visualisointi kuvaruudulla sekä tulosten visuaalinen tarkastelu.

GIS-analyysit voidaan yleisellä tasolla jakaa laskennallisiin ja visuaalisiin analyyseihin. Laskennallisille paikkatietoanalyyseille on esitetty useita ryhmittelyjä, joista eräs on esitetty alla olevassa kuvassa.

Sten Aronoff on puolestaan jakanut analyysimenetelmät neljään ryhmään:
 

Aronof on lisäksi jakanut sijainti- ja ominaisuustietoihin kohdistuvat analyysit edelleen neljään ryhmään:
 

Sijaintitiedon säilyttävä tiedonhallinta
Haut, luokittelut, yleistykset, mittaukset.

Overlay-analyysit
Overlay-analyysi on tunnetuin paikkatietoanalyysitoiminto. Overlaylla tarkoitetaan karttatasojen päällekkäin asettamista ja vastinkohtien ominaisuuksien tarkastelua. Overlay on helppo toteuttaa rasteriaineistoille: rasterimuotoisia karttatasoja verrataan vastinpikseleiden kohdalta ja todetaan onko ko. kohdassa eri tasoilta saatavien ominaisuuksien (aritmeettisin ja loogisin operaatioin ilmaistu) yhdistelmä toivottu. Vektoriaineistolla overlay johtaa alueiden leikkauspisteiden laskemiseen, muodostuneiden uusien alueiden muodostamiseen ja haluttuja ominaisuuksia edustavien alueiden etsimiseen.

Naapuruusanalyysit
Naapuruusanalyyseissä analyysi kohdistuu kohteen ns. naapuruusalueella olevaan tietoon. Naapuruusalue määritellään vektorimuotoisille kohteille (esim. pisteelle) säteen avulla. Rasterimaailmassa pikselin 4-naapurit ovat ne pikselit, joiden kanssa pikselillä on yhteinen sivu ja 8-naapurit ovat edellisten lisäksi ne pikselit, joiden kanssa pikselillä on yhteinen nurkkapiste. Rasteritiedolle naapurialue voidaan määritellä myös esim. säteen avulla. Määritellyltä alueelta voidaan hakea tietoa ominaisuuksien perusteella. Lisäksi naapurialueelta voidaan tutkia ruutumuotoiseen korkeusmalliin pohjautuen maaston jyrkkyyttä tai suorittaa interpolointia. Vektorimuodossa suoritettava naapuruusanalyysi palautuu overlay-ongelman ratkaisemiseen.

Yhdistävyysanalyysit
Yhdistävyys-toiminnot perustuvat funktioon, jolla lasketaan ominaisuuksien arvoja kumulatiivisesti kuljettaessa kohteena olevan tietorakenteen kautta. Läpikulkua varten alue on jaettava vierekkäisiin osiin. Vektorimuotoisessa aineistossa kuljetaan viivaelementtien muodostaman verkon läpi solmusta solmuun ja rasterimuotoisessa aineistossa pikselistä toiseen. Verkossa tyypillisiä analyysitehtäviä ovat lyhimmän reitin tai parhaan sijoituspaikan valinta. Rasteriaineistolla yhdistävyys-relaatioon perustuvia analyysejä ovat maaston kuljettavuusanalyysi tai näkyvyys- ja kuuluvuusanalyysi.