美国副**戈尔1998年1月31日在美国加利福尼亚科学中心发表了题为《数字地球:二十一世纪认识地球的方式》正式提出了"数字地球"的概念。
戈尔的报告指出：一场新的技术革新浪潮正允许人们能够获取、储存、处理并显示有关地球的空前浩瀚的数据以及广泛而又多样的环境和文化数据信息；而大部分的这类数据是"参照于地理坐标的"，即数据的地理位置是参照于地球表面的特定位置；而现在的困难在于，如何充分利用这些浩瀚的数据，也就是如何把这些数据变得有意义，即把原始数据变成可理解的信息。今天，我们经常发现拥有很多数据，却不知如何处置。有一个例子可以说明这一点。卫星是人类设计用来帮助我们了解全球环境的，它能在两星期内将地球表面拍摄一遍，美国这样持续收集图像数据的历史已有二十多年了；但是这些图像的绝大部分仍静静地躺在电子数据仓库里。正如美国过去一个时期的农业政策一样，一方面生产的粮食被堆积在中西部的粮食仓库里霉烂，另一方面却有数百万人被饿死。现在，人们贪婪地渴求知识，而大量的资料却闲置一边，无人问津。
目前人们通用的数据操作工具不能真正适应这一新的挑战，需要一个"数字地球"，一种关于地球的可以嵌入海量地理数据的、多分辨率和三维的表示。例如，可以设想一个小孩来到地方博物馆的一个数字地球陈列室，当她戴上头盔显示器，她将看到就象是出现在空中的地球。使用"数据手套"，她开始放大景物，伴随越来越高的分辨率，她会看到大洲，随之是区域、国家、城市、最后是房屋、树木以及其它各种自然和人造物体。在发现自己特别感兴趣的某地块时，她可以乘上"魔毯"，即通过地面三维图像显示去深入查看。使用数字地球系统的声音识别装置，小孩还可以询问有关土地覆盖、植物和动物种类的分布、实时的气候、道路、行政区划，以及人口等方面的文本信息。在这里，她还可以看到自己以及世界各地的学生们为"全球项目"收集的环境信息。这些信息可以无缝地融入数字地图或地面数据里。用"数据手套"继续向超连结部分敲击，她还可以获得更多的有关她所见物体的信息。比如，为了准备全家去国家黄石公园度假，她策划一个完美的步行旅游，去观看刚从书中读到的喷泉、北美野牛和巨角岩羊；甚至在离开她家乡的地方博物馆之前，她就可以把要去步行旅游的地方从头到尾地浏览一遍。她不仅可以跨越不同的空间，也可以在时间线上奔驰。为了去参观卢浮宫，她先在巴黎作了一番虚拟旅游之后，又通过细读重叠在数字地球表面上的数字化地图、时事摘要、传说、报纸以及其它材料，她便回到过去，了解法国历史。她会把其中一些信息转送到自己的Email库里，等着以后研读。这条时间线可缩回很远，从数日、数年、数世纪甚至到地质纪元，去了解恐龙的情况。
建设数字地球的大部分技术和能力或是已经具备或是正在研制。 一般认为，以下几项技术是实现数字地球所需要的关键技术：
计算科学：在发明计算机之前，以实验和理论研究的方法来创新知识都很受局限。许多实验科学家想研究的现象却很难观察到--它们不是太小就是太大，不是太快就是太慢，有的一秒钟之内就发生了十亿次，而有的十亿多年才发生一次。另一方面，纯理论又不能预报复杂的自然现象所产生的结果，如雷雨或是飞机上空的气流。有了高速的计算机这个新的工具，我们就可以模拟从前不可能观察到的现象，同时能更准确地理解观察到的数据。这样，计算科学使我们能超越实验与理论科学各自的局限。建模与模拟给了我们一个深入理解正在收集的有关地球的各种数据的新天地。
海量储存："数字地球"要求储存10的15次方字节的数据。今年年末，美国宇航局（NASA）实施的地球行星项目每天都将得到10的12次方字节量级的数据。
卫星图像：美国政府部门已经批准从1998年年初开始提供分辨率为1米的卫星图像的商业卫星系统，这达到了制作精确详图的水准，而在过去这只能由飞机摄影才能办到。这种首先在美国情报界研制出来的卫星图像技术非常精确。正象一家公司所比喻的，"它象一台能从伦敦拍巴黎的照像机，照片中象汽车前灯间距大小的物体"都能看清。
宽带网络：整个数字化地球所需的数据将被保存在千万个不同的机构中，而不是放在一个单独的数据库里。这就意味着参与数字地球的各种服务器需由高速的种种计算机网络联接起来。在互联网通信量爆炸性增加的驱使下，电信营运部门已经试用了每秒可以传送一万兆比特的数据的网络。下一代互联网的技术目标之一就是每秒传送一百万兆比特的数据。要使具有如此能力的宽带网络把大多数家庭都接通，这还需要时间。这就是为什么有必要把连通"数字地球"的站点放在象儿童博物馆和科学博物馆这样的公共场所。
互操作：互联网能有今天的成功，离不开当时出现的几项简明并受到广泛赞同的协议，如互联网协议。"数字地球"同样需要某种水准的互操作，以便由一种应用软件制作出的地理信息能够被其它软件调用。地理信息系统产业界正在通过"开放地理信息系统企业联盟"来寻求解决这方面问题的答案。
元数据：元数据是指"有关数据的数据"。为了便于卫星图像或是地理信息发挥作用，有必要知道有关的名称、位置、作者、来源、时间、数据格式、分辨率等等。美国联邦地理数据委员会正同工业界、以及地方政府合作，为元数据制定标准。
当然，要充分发挥"数字地球"的潜在能力还有待技术的进一步改进与提高，特别是卫星图像的自动解译、多源数据的融合和智能代理技术等。
"数字地球"具有潜在巨大的应用前景，在如下几个方面将得到进一步的应用：
指导仿真外交：例如为了支持波斯尼亚地区的和平谈判，美国国防部开发出了一个对于有争议边界地区的仿真景观，它能让谈判双方对此地区上空作模拟飞行。当塞尔维亚主席在查看到萨拉热窝与哥端得地区的穆斯林领地之间的通道由于山峦阻挡变得狭窄时，便同意放宽该通道。
打击犯罪：例如加利佛尼亚州的萨里拉斯城市，运用地理信息系统来监视犯罪方式和集团犯罪活动情况，从而减少了青年手枪暴行。根据收集到的犯罪活动的分布和频率，该城还可以迅速对警力进行重新布署。
保护生态多样性：例如加利佛尼亚地区的庞得隆野营地计划局预计，该地区的人口将从1990年的一百一十万增到2010年的一百六十万。该区有200多种动植物被联邦或州署列为受到威胁或是濒于灭绝的动植物。科学家们依据收集到的有关土地、土壤类型、年降雨量、植被、土地利用以及物种等方面的信息，模拟出不同的地区发展计划对生态多样性的影响。
预报气候变化：在模拟气候变化上的一个重要未知量是全球的森林退化率。美国新罕布什尔州大学的研究人员与巴西的同事们合作，通过对卫星图像的分析，监测亚马逊地区土地覆盖的变化，从而得出该地区相应位置的森林退化率。这一技术现在正向世界上其它森林地区推广。
提高农业生产率：农民们已经开始采用卫星图像和全球定位系统对病虫害进行较早的监测，以便确定出田地里那些更需要农药、肥料和水的部分。这被人们称为"准确耕种"或"精细农业"。
"数字地球" 纵向的具体表现形式包含三层含义：
一是把卫星遥测遥感的地表地层海量基础数据，参照地球的坐标系统，在计算机中重新塑造一个三维的、虚拟的数字化地球，它主要用于各种科学实验和广域性预测分析；
二是把卫星遥测遥感的地表海量数据（如农村、城市、商业区、建筑物、管线、道路等），参照地图的坐标系统，在计算机中重新塑造一个三维的数字地图，可在互联网上直观地观察地形地貌等空间结构和辅助信息检索；
三是参照地球的行政区划系统，利用自然（包括地理信息）与社会公共信息，在计算机互联网中构造出一个"数字地球"，它主要用于地球海量信息的检索。如"数字地球"中有"数字美国"、 "数字中国"等等，"数字中国"中有"数字北京"、 "数字浙江"等等。全球各区域的网站是分布式的，每一个地方站是该地区信息资源的基本代表，各区域站按全球地理信息大系统基础上的行政关系组成一个有机的数字式结构--"数字地球"。