地球信息科学由地球信息哲学、地球信息机理、地球信息技术和地球信息工程组成,在每个方向都形成一些亟待深入的研究领域。地球信息哲学中的优先研究领域主要包括数字化世界的本体论问题、地球信息流和地球空间认识论问题以及地球信息科学的方法论问题等;地球信息机理中亟待深入研究的前沿问题主要有地球信息转变机理、地球空间认知、地球信息表达方法的拓展、地球信息的不确定性、地球空间关系、地球空间尺度以及地球信息共享中的标准、规范和立法等;目前地球信息技术的前沿研究主要围绕数字地球而展开,其中主要有地球信息的集成和融合、GIS中的空间分析与模拟、地球信息技术集成、地学可视化、虚拟现实技术、GIS的互操作技术、地球信息的分布式计算以及GIS中的面向对象技术等;地球信息工程领域是应用系统工程的原理和方法,研究有效组织和管理地球信息工程规划、设计、实施、评价、维护和业务运行的学问,目前最受重视的地球信息工程是信息基础设施和数字地球,他们是地球信息科学中最重要的热点领域。在未来的几十年内,地球信息科学将保持理论化、工程化和学科交叉领域泛化的发展特点;地球信息理论研究将呈现信息标准化和信息表达多维化的发展态势;地球信息技术的发展将具有集成化和智能化的特色;地球信息工程和应用将向平台网络化和应用社会化的方向发展。