Η ανάλυση τηλεπισκόπησης είναι η ερμηνεία εικόνων που λαμβάνονται από απομακρυσμένες τοποθεσίες, όπως επί αεροσκάφους ή δορυφόρου σε τροχιά της Γης. Διάφορα συστήματα απεικόνισης μπορούν να δουν επιφάνειες σε διαφορετικά μήκη κύματος του φάσματος φωτός. Η επακόλουθη ανάλυση χρησιμοποιείται γενικά για την προβολή μιας εικόνας διαφορετικά από ό,τι μπορεί να δει το ανθρώπινο μάτι. Στην περίπτωση της τηλεπισκόπησης, η υπερφασματική απεικόνιση είναι μερικές φορές μέρος της ανάλυσης πολλαπλών εύρους ζώνης φωτός σε μια εικόνα. Οι εικόνες μπορούν να προβληθούν ως τύπος φωτογραφίας, αλλά η ψηφιακή επεξεργασία εικόνας αποτελεί συχνά μέρος της ανάλυσης τηλεπισκόπησης, επειδή οι υπολογιστές μπορούν να ερμηνεύσουν τα δεδομένα γρήγορα.
Ένα κοινό μήκος κύματος που χρησιμοποιείται με την τηλεπισκόπηση είναι το υπέρυθρο. Το νερό και η βλάστηση διακρίνονται συχνά με γυμνό μάτι, αλλά σε περιπτώσεις πλημμυρών και αλλαγών στα δάση, το ορατό φως μερικές φορές δεν είναι αρκετό. Μια υπέρυθρη εικόνα ενός δάσους ή άλλης περιοχής βλάστησης μπορεί να βοηθήσει στη μέτρηση της υγείας του. Οι ερευνητές μπορούν να παρακολουθούν την αποψίλωση των δασών με την πάροδο του χρόνου εκτελώντας ανάλυση τηλεπισκόπησης εικόνων που λαμβάνονται σε διαφορετικούς χρόνους. Μπορούν επίσης να παρακολουθούν την κατάσταση των πλημμυρικών πεδιάδων και ακόμη και να προσδιορίζουν την πιθανότητα κατολισθήσεων σε λοφώδες έδαφος.
Οι εικόνες ραντάρ χρησιμοποιούνται συχνά για την παρακολούθηση των νεφών τη νύχτα. Χρησιμοποιώντας ραντάρ, οι επιστήμονες μπορούν επίσης να πραγματοποιήσουν ανάλυση τηλεπισκόπησης της κίνησης του εδάφους, για να παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τους σεισμούς καθώς και τις βυθιζόμενες περιοχές της γης. Τα προγράμματα υπολογιστών είναι συχνά σε θέση να αναλύουν δεδομένα από εικόνες που λαμβάνονται σε διαφορετικά φασματικά μήκη κύματος. Η ίδια πολυφασματική ανάλυση μπορεί επίσης να εφαρμοστεί στην ιατρική, με απεικόνιση κυττάρων και βιολογικών ιστών για τη διάγνωση λοιμώξεων και ασθενειών. Τέτοια εργαστηριακή ανάλυση μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με σαρώσεις και ακτινογραφίες μαγνητικού συντονισμού (MRI).
Τα όργανα που ονομάζονται φασματόμετρα συχνά βοηθούν στην ανάλυση τηλεπισκόπησης. Αυτά τα όργανα είναι γενικά ικανά για υπερφασματική απεικόνιση, που σημαίνει ότι οι ζώνες εικόνων σαρώνονται σε διαφορετικά μήκη κύματος. Τέτοιες εικόνες χαρακτηρίζονται από το φυσικό τους πλάτος και πόσο μακριά εκτείνονται. Η ανακλώμενη ενέργεια μπορεί επίσης να μετρηθεί, η οποία καθορίζει τη φασματική απόκριση ενός αντικειμένου. Η ερμηνεία τέτοιων δεδομένων συνήθως απαιτεί να γνωρίζουμε πώς ορισμένα χαρακτηριστικά ακτινοβολούν κάθε μήκος κύματος φωτός.
Οι υπολογιστές πρέπει συνήθως να είναι σε θέση να αναγνωρίζουν αντικείμενα, όπως οχήματα, γέφυρες ή νερό, για να παρέχουν επαρκή ανάλυση τηλεπισκόπησης. Οι τεχνικές μέτρησης πρέπει γενικά να διακρίνουν ένα αντικείμενο από ένα άλλο. Με την ψηφιακή επεξεργασία εικόνας, κάθε pixel στην εικόνα αναπαρίσταται αριθμητικά ως μέρος της αυτόματης ανάλυσης τηλεπισκόπησης. Οι εικόνες μπορούν επίσης να προβληθούν σε μια οθόνη υπολογιστή με μεγάλη λεπτομέρεια, είτε ασπρόμαυρη είτε έγχρωμη.