4D地理信息系統是建立在時態資料庫等基礎上的綜合套用系統。
4D GIS（也稱為T-GIS）是建立在時態資料庫等基礎上的綜合套用系統。
其研究對象是地球及表面實體或現象，在過去、現在和未來等時空狀態信息。4D GIS是一種採集、儲存、分析與顯示空間實體隨時間變化信息的空間資料庫系統。空間實體的時間、空間狀態，是描述空間實體和空間現象的基本特徵，是反映空間實體狀態和演變過程的重要信息。比較而言，傳統GIS是對於空間實體的靜態描述，它反映空間實體的當前狀態，無法描述空間實體的歷史狀態，更無法預測其未來發展趨勢。4D GIS是把時間作為空間實體的基本特徵，即研究空間實體隨空間、時間變化規律的空間信息的模擬方法。時空GIS研究包括時空數據模型、時空語義描述、時空拓撲關係、時空查詢語言、實體時空空間模擬。
（1）4D GIS核心問題是時空數據模型的建立，即解決數據更新和存取便捷、海量數據存儲、空間實體的空間和時間語義描述，以及空間關係、時態關係、演變關係和時空關係正確描述等。4D GIS時空數據建模的根本任務在於時間和空間語義建模。從動態和時空變化角度去考慮，研究GIS時空特徵，根據具體套用剖析研究對象及特定時空語義，為時空數據模型的建立奠定基礎。
（2）時空資料庫是不同歷史、不同尺度和不同緯度和海量時空數據和非時空數據的集合，它是時空GIS的核心組成部分。數據檢索的效率和數據更新的機制是衡量時空資料庫性能的指標。結合時空信息的查詢特點和特定數據模型框架，研究實用的時空GIS查詢語言，建立時空資料庫管理系統，是一項長期的基礎性工作。
（3）時空數據的可視化除了實現傳統GIS對某時刻空間實體分布和形狀表達外，還應能用計算機以動畫的形式對地理空間實體各時刻的狀態或屬性按照演化過程進行空間動態模擬。
