基本概念
矢量數據模型，也稱離散數據模型，是采用離散對象（點、線和多邊形）來表示地球表面的空間要素的。
- Coverage和Shapfile是地理關系數據模型的例子，它使用分離系統儲存地理空間數據的兩個主要成分——幾何圖形和屬性。Coverage是有拓撲關系的（即空間要素之間有明確的空間關系），Shapfile是非拓撲的。
- Geodatabase是基於對象數據模型的例子，它將矢量數據的幾何圖形和屬性數據儲存在單一系統中，並可以根據需求建立拓撲關系。
拓撲
- 拓撲是研究幾何對象在彎曲或拉伸等變換下仍保持不變的性質。
- 拓撲需要增加數據文件來儲存空間關系。
- 拓撲能確保數據質量和完整性。
- 拓撲能強化GIS分析；空間要素之間的拓撲關系使得GIS用戶可執行空間數據查詢。
地理關系數據模型
地理關系數據模型是用兩個獨立的系統分別儲存空間和屬性數據：用圖形文件儲存空間數據，即“地理”；用關系數據庫儲存屬性數據，即“關系”。地理關系數據模型一般用要素標識碼（ID）對兩者進行鏈接。Coverage和Shapefile是地理關系數據模型的例子。
Coverage支持以下三種基本拓撲關系：
- 連接性：弧段間通過節點彼此連接；
- 面定義：由一系列相連的弧段定義面；
- 鄰接性：弧段有方向性，且有左多邊形和右多邊形。
多邊形/弧段清單作為圖形文件儲存在Coverage文件夾中。另一個文件夾叫做INFO，與全部的Coverage在相同的工作空間中共享，用於儲存屬性數據文件。基於拓撲關系的數據結構有利於數據文件的組織，並減少數據的冗余。
非拓撲矢量數據Shapefile中，點是用x,y坐標，線是用一系列的點，多邊形用一系列的線來儲存，但沒有描述幾何對象空間關系的文件。Shapfile的幾何學性質儲存於兩個基本文件中：以shp為擴展名的文件存儲要素幾何學特征；以shx為擴展名的文件儲存要素幾何學特征的空間索引。
基於對象數據模型
基於對象數據模型將地理空間數據作為對象，一個對象可以表示空間要素，也可以表示一個圖層或基於圖層的坐標系統。與地理關系數據模型不同在於：
- 基於對象數據模型把空間數據和屬性數據儲存在單一系統中。具有數據類型BLOB（binary large object）的空間數據以特定字段儲存為一個二進制數據的集合。
- 基於對象數據模型允許一個空間要素（對象）與一系列屬性和方法相聯系：屬性描述對象的性質或特征；方法執行特定的操作。
類和類之間的關系：類是一系列具有相似屬性的對象，面向對象技術允許建立類之間的關系。用於一個幾何要素類中的要素規則，在功能上與Coverage模型所帶的拓撲規則很相似，而用於兩個或多個要素類的規則只出現在Geodatabase。
Geodatabase用點、聚合線和多邊形來表示基於矢量的空間要素。
Geodatabase將矢量數據組織成要素類和要素數據集。要素類存儲具有相同幾何數據類型的空間要素；要素數據集則儲存具有相同坐標系和區域范圍的要素類。如果一個要素類屬於Geodatabase，但又不是要素集的一部分，被成為獨立要素類。Geodatabase還能儲存柵格數據、不規則三角網（TIN）、位置數據和屬性表。
- Personal Geodatabase將數據儲存在Access數據庫的表格中。
- File Geodatabase把數據以許多小文件的形式儲存在二進制文件夾中。
復合要素的表示
一些空間要素表示為點、線和面的復合更利於其應用。
- 不規則三角網（TIN）：把地表近似描繪成一組互不重疊的三角面。每個三角面在TIN中都有一個恆定的傾斜度。TIN數據結構包括三角形編號、每個毗鄰的三角形的編號和數據文件，數據文件列表顯示點、邊界，以及每個高程點的x,y,z值。在Geodatabase中，可以將高程點和線、面要素類一起儲存於要素數據集中，使用要素數據集和它的內容可以即時構建一個TIN。
- 分區：指具有相似特征的地域范圍。分區可以在空間上相連或分離；分區可以重疊或涵蓋相同區域。分區在多邊形Coverage中以亞類來組織，並通過附加數據文件，每個分區與其上的多邊形和弧段建立聯系。Shapefile和Geodatabase的數據結構支持多部分。多部分可以空間連接或不連接，並可以相互重疊。
- 路徑：指公路、河流等線要素，與其他線要素不同在於它有度量系統，可以使線性測量用於投影坐標系統中。路徑在線性Coverage中儲存為亞類，通過區段和弧段工作。Shapefile和Geodatabase使用具有m值（測量值）的聚合線來儲存，這些測量基於預定的起點。