La geodatabase utiliza un modelo relacional de objetos

La geodatabase emplea una arquitectura de aplicación de varios niveles implementando lógica y comportamiento avanzados en el nivel de aplicación por encima del nivel de almacenamiento de datos (se administra dentro de varios sistemas de administración de bases de datos [DBMS], archivos o lenguaje de marcado extensible [XML]). La lógica de aplicación de la geodatabase incluye soporte para una serie de objetos de datos y comportamientos genéricos de sistemas de información geográfica (SIG) tales como clases de entidad, datasets ráster, topologías, redes y mucho más.

Esta arquitectura de geodatabase de varios niveles se conoce a veces como modelo relacional de objetos.

La responsabilidad de administrar los datasets geográficos se comparte entre el software ArcGIS y el DBMS genérico. Ciertos aspectos de la administración de datasets geográficos, tales como el almacenamiento basado en disco, la definición de tipos de atributo, el procesamiento asociativo de consultas y el procesamiento de transacciones multiusuario, se delegan en el DBMS. La aplicación SIG conserva la responsabilidad de definir el esquema del DBMS concreto utilizado para representar varios datasets geográficos y para la lógica específica del dominio, que mantiene la integridad y la utilidad de los registros subyacentes.

En efecto, el DBMS se utiliza como uno de una serie de mecanismos de implementación para el almacenamiento de datasets geográficos. Sin embargo, el DBMS no define totalmente la semántica de los datos geográficos. Esto podría considerarse una arquitectura de varios niveles (aplicación y almacenamiento), donde los aspectos relacionados con el almacenamiento y la recuperación de datos se implementan en el nivel de almacenamiento de datos (DBMS) como tablas simples, mientras que la integridad de datos de alto nivel y las funciones de procesamiento de la información se conservan en el software de aplicación y dominio (ArcGIS).

La geodatabase se implementa utilizando la misma arquitectura de aplicación multinivel encontrada en otras aplicaciones DBMS avanzadas. Los objetos de geodatabase se almacenan como filas en tablas DBMS que tienen identidad, y el comportamiento se proporciona a través de la lógica de aplicación de la geodatabase.

Todas las aplicaciones ArcGIS interactúan con este modelo de objetos SIG genérico para geodatabases, no con la instancia real del DBMS basada en el lenguaje estructurado de consulta (SQL). Los componentes de software de la geodatabase implementan comportamiento y reglas de integridad implícitos en el modelo genérico y traducen las solicitudes de datos al diseño de la base de datos física correspondiente. La tecnología de software de ArcSDE proporciona una puerta de enlace para que ArcGIS interactúe con el DBMS.

La separación de la lógica de la geodatabase del almacenamiento permite el soporte abierto para numerosos tipos de archivo, DBMS y XML. Por ejemplo, una interesante función para tener acceso a casi cualquier entidad y formato de datos tabular es la que proporciona la extensión Data Interoperability a ArcGIS. Esta extensión proporciona una puerta de enlace para leer y trabajar con docenas de formatos de datos utilizando la lógica de la geodatabase.