Badacze, którzy chcą określić rozkład pewnych właściwości w przestrzeni geograficznej, zwykle napotykają ograniczenia w próbkowaniu. Na przykład firma wydobywcza, która chce poznać procentową zawartość rudy w kopalni, nie może przetestować każdego centymetra obszaru kopalni, aby określić jej zawartość. Firma może zamiast tego wykorzystać próbkowanie przestrzenne do testowania reprezentatywnych próbek w całej kopalni, aby oszacować całkowitą wartość kopalni.
W próbkowaniu przestrzennym pobierana jest pewna liczba próbek w celu określenia zawartości większego obszaru geograficznego. Każdy punkt próbki zawiera informacje o zmiennej będącej przedmiotem zainteresowania w tej lokalizacji przestrzennej. Całkowity rozkład i częstotliwość interesujących zmiennych są następnie obliczane dla cały obszar na podstawie częstotliwości i rozmieszczenia pierwiastków w próbce przestrzennej region.
Próbkowanie przestrzenne ma kluczowe znaczenie dla określenia zawartości dużych obszarów. Badanie całkowitej zawartości dużej masy lądowej jest zwykle zaporowo kosztowne. Próbkowanie przestrzenne pozwala zamiast tego wywnioskować zawartość, badając mniej niż 1 procent obszaru geograficznego. Po zebraniu danych statystycy mogą użyć metod, takich jak regresja liniowa, w celu ekstrapolacji ogólnego składu obszaru geograficznego na podstawie informacji zawartych w poszczególnych próbkach.
Jeśli zawartość przestrzeni do nauki różni się w różnych punktach przestrzeni, obszar ten nazywa się niejednorodnym. Przestrzenie wysoce niejednorodne mogą być trudne do zbadania za pomocą próbkowania przestrzennego; jeśli próbka przestrzenna pominie część obszaru, która różni się od reszty obszaru, to wnioski wyciągnięte na temat całości z procedury pobierania próbek nie będą trafne. Ważne jest, aby unikać błędów próbkowania opartych na wygodzie, takich jak części obszaru, do których dostęp jest łatwiejszy lub tańszy.
Naukowcy mogą stosować techniki próbkowania przestrzennego do badania szerokiego zakresu zagadnień. Na przykład badacze prerii wykorzystują próbkowanie przestrzenne do określania zawartości flory i fauny na całych preriach, pobierając próbki z niektórych reprezentatywnych lokalizacji. Metody te można również wykorzystać do badania obecności gatunków inwazyjnych lub zagrożonych w parkach narodowych i innych obszarach dzikiej przyrody. Korporacyjne i socjologiczne zastosowania próbkowania przestrzennego obejmują określanie poglądów politycznych lub preferencji produktowych w różnych obszarach marketingowych.