数字地球是以地球作为研究对象，以计算机为主体的技术系统。它不仅以地球表层自然的或人工的物体和过程的信息作为研究的主要对象，而且还把上至电离层，下至莫霍面的物质和能量的信息也包括在内。因为如要解决天气预报及地震预报的话，仅研究地球表面或近地球表面是不够的，必须扩大范围。另外，数字地球的研究对象，除了一个区域或一个城市范围的自然及人工的物体或过程的信息外，它还把整个地球的信息作为研究对象，这就增加了研究工作的复杂性和难度。
就以整个地球的形状来说，它实际上并不是一个均匀的椭球体，而是一个难以形容的有点像梨子的形状，南半球略大、北半球略小。就以洋面的形状来说，它也是不规则的，印度次大陆南端，斯里兰卡附近的海面要比平均水平面高出100多米，而冰岛附近洋面比平均要低65米，这是由于地壳厚度不均所引起的重力作的差异所造成的。加上由于太阳、月球与地球之间的引力作用造成的潮汐或固体潮现象和板块漂移、地壳升降，以及气候、植物等处在不断的变化状态之中，所以马宗晋院士称数字地球是活的地球、动态的地球。
大气存在着圈层，各圈层在全球范围内的分布（密度与厚度）也是不均匀的，而且也是动态的。从地球表面以下也有若干圈层，它们在全球的分布同样是不均匀的，因此各圈层的形状也是不规则的，甚至也是动态的。
由于上述的原因，数字地球的数据结构与数据库结构就与原来的有所区别，甚至有很大差别。例如原来GIS的地图或专题图的数据层，如数字高程（等高线）、水系、交通、居民点等都是同一平面的；而在数字地球除同一平面外，还是多层的、立体的，范围大一些的，则还有球面的和放射状的锤形体。如在同一经纬度坐标条件下，上层的面积大于下层的面积，所以其数据库结构有它的特殊性。