La géodatabase utilise une architecture d'application multi-niveaux en implémentant des logiques et des comportements avancés au niveau de l'application au-dessus du niveau de stockage des données (gérés à l'aide de différents systèmes de gestion de bases de données, de fichiers ou de fichiers XML [Extensible Markup Language]). Cette logique applicative de géodatabase inclut la prise en charge d'une série d'objets de données et de comportements de système d'information géographique (SIG) génériques, tels que des classes d'entités, des jeux de données raster, des topologies, des réseaux et d'autres fonctionnalités avancées.
La responsabilité de la gestion des jeux de données géographiques est partagée entre le logiciel ArcGIS et le système de gestion de base de données ou les fichiers. Certains aspects de la gestion des jeux de données géographiques, tels que le stockage sur le disque, la définition des types attributaires, le traitement des requêtes associatives et le traitement des transactions à plusieurs utilisateurs, sont délégués au système de gestion de base de données dans le cas des géodatabases d'entreprise. L'application SIG demeure responsable de la définition des structures spécifiques utilisées pour représenter différents jeux de données géographiques et pour la logique propre aux domaines, qui assure l'intégrité et l'utilité des enregistrements sous-jacents.
En réalité, le système de gestion de base de données est utilisé comme l'un des composants d'une série de mécanismes d'implémentation pour conserver les jeux de données géographiques. Toutefois, le système de gestion de base de données ou la structure de fichiers ne définit pas entièrement la sémantique des données géographiques. Ceci peut être considéré comme une architecture à plusieurs niveaux (application et stockage), où les aspects liés au stockage et à l'extraction des données sont implémentés au niveau du stockage des données en tant que tables simples, tandis que les fonctions de traitement des informations et d'intégrité des données de niveau supérieur sont conservées dans le logiciel d'application et de domaine (ArcGIS).
Séparer la logique de géodatabase du stockage donne lieu à une prise en charge ouverte de nombreux types de fichiers, systèmes de gestion de bases de données et fichiers XML. Par exemple, l'accès à presque n'importe quelle entité et format de données tabulaires est assuré par l'extension Data Interoperability dans ArcGIS. Cette extension permet de lire et d'utiliser des douzaines de formats de données à l'aide de la logique de géodatabase.