数字孪生研究呈现由平稳发展到爆发态势，应用领域迅速增加，规模不断扩大，亟需发展用于指导各个领域和不同结构与规模的数字孪生研究与应用的方法论体系。本文在总结分析各个领域数字孪生发展过程和趋势的基础上，提出以孪生空间作为概括和统摄各尺度数字孪生体的框架，并给出了孪生空间的定义和一般特征。然后，以目前已有初步实践基础的孪生城市为例简要阐述了其应用。作为地理学研究对象的载体抑或研究对象本身的空间，由自然地理空间、人文社会空间和地理信息空间三元空间构成，彼此整合度不高。为更有效地开展地理学综合研究，我们提出以孪生空间整合三元空间，重构地理研究空间。孪生空间具有与物理空间的双向实时互馈特征，能够打破地理三元空间内部的壁垒，进而实现模拟现实、预测变化和调控过程的地理综合研究任务。