与地图中的专题图层一样，GIS 数据集表示的是各要素的逻辑集合，包括各要素的地理位置、形状以及以属性存储的描述性信息。
在 GIS 出现之前，制图员手动制作一系列地图图层，用于描述地理位置并突出各位置的特征。他们通常会向透光台上叠加若干透明光片。这些透明光片组合在一起用于显示空间关系并获取某位置的相关特征。专业人士将使用以上信息做出解释并得出有意义的结论。
Ian McHarg 博士是使用此方法进行区域规划的理论家，他还是使用自然体系进行区域规划的景观设计师和著名作家。他的重要著作《设计结合自然》在 1969 年出版，此书明确表述了生态规划的概念，其中就应用了地图叠加原则。有关 Ian McHarg 及其作品的详细信息，您可访问维基百科。
大约在同一时期，被称为 GIS 之父的 Roger Tomlinson 博士形成了早期的 GIS 理论。而且，他从 GIS 的其他方面出发，进一步明确表述了将专题图层和叠加层作为 GIS 基石的概念。
这些早期的 GIS 实践者思考了如何将地理信息划分成一系列逻辑信息图层，而不只是一个随机的对象集合。他们设想可以图层的形式来管理同类表现形式的集合。GIS 用户按各数据主题对信息进行组织，这些信息描述了现象的分布情况以及在地理范围内描绘各主题的方式。用户发现可以使用相对简单的 GIS 数据类型（点、线、面和栅格）。这些简单的数据图层可通过位置组合在一起（即通过地理配准在地图中组合数据集），或者借助面叠加等地理处理操作实现叠加。
这些先驱们还提出了一种协议，以用于数据采集以及如何以地理数据图层的形式管理这些集合。以下为土壤表示示例。
可以为指定范围内的每个区域（面）分配一种主要土壤类型，并且可始终使用每个面的属性或特性对土壤类型进行分类和描述。就土壤而言，通常为每个土壤面记录相关的属性集。
为了描述用于表示主要土壤类型的各方面信息，即土壤类型面的图层集合以及作为属性值的土壤类型面说明，可以定义一项主题。
此地理图层组织原则成为 GIS 的通用原则之一，为 GIS 系统如何表示、操作、管理和应用地理信息奠定了基础。