Google Earth автоматично підкачує з інтернету необхідні користувачу зображення і інші дані, зберігає їх у пам'яті комп'ютера і на жорсткому диску для подальшого використання. Завантажені дані зберігаються на диску, і при наступних запусках програми завантажуються тільки нові дані, що дозволяє істотно економити трафік.

Для візуалізації зображення використовується тривимірна модель всієї земної кулі (з урахуванням висоти над рівнем моря), яка відображається на екрані за допомогою інтерфейсів DirectX або OpenGL. Саме в тривимірності ландшафтів поверхні Землі і полягає головна відмінність програми Google Earth від її попередника Google Maps. Користувач може легко переміщатися в будь-яку точку планети, керуючи положенням «віртуальної камери».

Практично вся поверхня суші покрита зображеннями, отриманими від компанії DigitalGlobe, та мають дозвіл 15 м на піксель. Є окремі ділянки поверхні (як правило, покривають столиці і деякі великі міста більшості країн світу), що мають більш докладне дозвіл. Наприклад, Москва знята з роздільною здатністю 0,6 м/пк, а багато міст США - c дозволом 0,15 м/пк. Дані ландшафту мають дозвіл близько 100 м.

Також є величезна кількість додаткових даних, які можна підключити за бажанням користувача. Наприклад, назви населених пунктів, водойм, аеропортів, дороги, ж/д та ін. інформація. Крім цього, для багатьох міст є більш детальна інформація - назви вулиць, магазини, заправки, готелі, і т. д. Є шар геоданих (синхронізований через Інтернет з відповідною базою даних), на якому відображені (з просторовою прив'язкою) посилання на статті з Вікіпедії. У Росії можна бачити назви вулиць всіх міст в центральних областях.

Користувачі можуть створювати свої власні мітки і накладати свої зображення поверх супутникових (це можуть бути карти, або більш детальні знімки, отримані з інших джерел). Цими мітками можна обмінюватися з іншими користувачами програми через форум Google Earth Community. Надіслані на цей форум мітки стають приблизно через місяць видно всім користувачам Google Earth.

У програмі є шар «3D Будівлі», з тривимірними моделями, додаються розробниками або самими користувачами за допомогою сервісу 3D Warehouse. У містах Росії можна знайти моделі деяких значущих пам'яток архітектури.

Є функція вимірювання відстаней.

У версії 4.2 з'явилася технологія Google Sky, що дозволяє розглядати зоряне небо.

У версії 5.0 була введена можливість переглядати тривимірну карту дна морів і океанів.

У програму вбудований авіасимулятор (для запуску потрібно натиснути Ctrl + Alt + a).

Перегляд шарів даних демографії, земельних ділянок та завантаженості доріг (США).
Розширені можливості імпорту даних GIS.
Вимірювання площі, протяжності та периметра земельних ділянок.
Друк зображень у високому дозволі.
Створення приголомшливих офлайн-фільмів.

Зареєстрована портативна версія.
Оптимізовано для використання на знімних дисках.