Analisis penginderaan jauh adalah interpretasi gambar yang diambil dari lokasi yang jauh, seperti di atas pesawat terbang atau satelit di orbit Bumi. Berbagai sistem pencitraan dapat melihat permukaan pada panjang gelombang yang berbeda dari spektrum cahaya. Analisis selanjutnya umumnya digunakan untuk melihat gambar secara berbeda dari yang dapat dilihat oleh mata manusia. Dalam kasus penginderaan jauh, pencitraan hiperspektral terkadang merupakan bagian dari analisis beberapa bandwidth cahaya dalam sebuah gambar. Gambar dapat ditampilkan sebagai jenis foto, tetapi pemrosesan gambar digital sering menjadi bagian dari analisis penginderaan jauh karena komputer dapat menginterpretasikan data dengan cepat.
Panjang gelombang yang umum digunakan dengan penginderaan jauh adalah inframerah. Air dan vegetasi sering dapat dibedakan dengan mata telanjang, tetapi dalam kasus banjir dan perubahan hutan, cahaya tampak terkadang tidak cukup. Gambar inframerah hutan atau area vegetasi lainnya dapat membantu mengukur kesehatannya. Peneliti dapat memantau deforestasi dari waktu ke waktu dengan melakukan analisis penginderaan jauh dari gambar yang diambil pada waktu yang berbeda. Mereka juga dapat melacak keadaan dataran banjir dan bahkan menentukan potensi longsor di medan berbukit.
Gambar radar sering digunakan untuk melacak awan di malam hari. Menggunakan radar, para ilmuwan juga dapat melakukan analisis penginderaan jauh dari gerakan tanah, untuk memberikan informasi berharga tentang gempa bumi serta daerah yang tenggelam. Program komputer seringkali mampu menganalisis data dari gambar yang diambil pada panjang gelombang spektral yang berbeda. Analisis multi-spektral yang sama juga dapat diterapkan pada obat-obatan, dengan mencitrakan sel dan jaringan biologis untuk mendiagnosis infeksi dan penyakit. Analisis laboratorium semacam itu dapat digunakan bersama dengan pemindaian magnetic resonance imaging (MRI) dan sinar-x.
Instrumen yang disebut spektrometer sering membantu dalam analisis penginderaan jauh. Instrumen ini umumnya mampu pencitraan hiperspektral, yang berarti pita gambar dipindai pada panjang gelombang yang berbeda. Gambar seperti itu dicirikan oleh lebar fisiknya dan seberapa jauh jaraknya. Energi yang dipantulkan dapat diukur juga, yang menentukan respons spektral suatu objek. Menafsirkan data semacam itu biasanya membutuhkan pengetahuan tentang bagaimana fitur tertentu memancarkan setiap panjang gelombang cahaya.
Komputer biasanya harus mampu mengidentifikasi objek, seperti kendaraan, jembatan, atau air, untuk menyediakan analisis penginderaan jauh yang memadai. Teknik pengukuran umumnya harus membedakan satu objek dengan objek lainnya. Dengan pemrosesan gambar digital, setiap piksel dalam gambar direpresentasikan secara numerik sebagai bagian dari analisis penginderaan jauh otomatis. Gambar juga dapat dilihat di layar komputer dengan sangat detail, baik dalam warna hitam putih maupun berwarna.