Visbiežāk ar tālizpētes jēdzienu tiek saprasta Zemes tālizpēte, bet līdzīgas metodes un tehnoloģijas tiek izmantotas arī citu planētu izpētē un astronomijā. Tālizpētes joma primāri ir veltīta Zemes virsmas un okeānu dokumentācijai un izpētei, izmantojot elektromagnētisko starojumu, kas ceļo cauri atmosfērai un tiek reģistrēts, izmantojot specializētus sensorus.
Jebkurai tālizpētes sistēmai nepieciešams enerģijas avots, lai iluminētu mērķi. Tā var būt atstarota Saules gaisma (pasīvajās sistēmās) vai ģenerēts mikroviļņu pulss (aktīvajās sistēmās). Enerģijas pulss saduras ar mērķi, piemēram, objektu uz Zemes virsmas, un tiek atstarots atpakaļ uz sensoru, kur to reģistrē specializēts sensors. Satelīti datus regulāri nosūta uz īpašām zemes uztveršanas stacijām, kur iegūtie dati tiek atšifrēti, saglabāti un veikta to pirmapstrāde. Tālāk datus nosūta uz datu centriem, kas datus uzglabā un izsniedz to lietotājiem.
Tālizpētes procesā tiek izmantotas dažādas platformas: orbitālās (satelīti), atmosfēriskās (lidmašīnas, helikopteri, bezpilota lidaparāti), zemes platformas (uzstādītas uz trijkāja vai automobiļa). Katram tālizpētes platformu veidam ir savas priekšrocības un trūkumi, piemēram, izmantot bezpilota lidaparātus var jebkurš ar salīdzinoši zemām izmaksām un iegūt ļoti augstas izšķirtspējas datus, bet tā iespējams noklāt tikai nelielu teritoriju. Izmantojot satelītu datus iespējams noklāt ļoti plašu teritoriju, bet tas var prasīt ļoti lielus ieguldījumus un datu ieguvi var apgrūtināt mākoņu segums.
Satelītu orbītas tiek iedalītas ekvatoriālajā, polārajā un slīpajā (pēc slīpuma); apļveida un eliptiskajā (pēc formas); zemajā, vidējā augstuma un ģeostacionārajā (pēc augstuma). Tomēr trīs no šīm orbītām ir vispopulārākās – zemā Zemes orbīta (160–2000 km augstumā), vidējā Zemes orbīta (2000–35 500 km augstumā) un augstā Zemes orbīta (augstāk par 35 500 km). Orbīta 35 786 km augstumā nodrošina satelīta kustības ātrumu, kas ir identisks Zemes rotācijas ātrumam (ģeosinhronā orbīta), un satelītam atrodoties uz ekvatora, tas atrodas ģeostacionārajā orbītā (t. i., pastāvīgi atrodas virs vienas vietas uz Zemes virsmas).
Tālizpētes sensoru veidi ietver sintētiskās apertūras radaru (Synthetic-aperture radar, SAR), radiometrus un fotometrus dažādos viļņa garumos, lāzerskenēšanas (Light Detection and Ranging, LIDAR) sensorus, lāzera un radara altimetrus, ultraskaņas (akustiskos) sensorus u. c. Sensorus, kurus bieži lieto optiskās tālizpētes (izmanto redzamās gaismas elektromagnētiskā spektra daļu) jomā, iedala panhromatiskajos (reģistrē atstarojumu tikai vienā spektrālajā kanālā), multispektrālajos (vairāki spektrālie kanāli) un hiperspektrālajos (daudzi spektrālie kanāli). Piemēram, Sentinel-2B satelīta sensors (MultiSpectral Instrument, MSI) vienlaikus reģistrē atstarojumu 13 spektrālajos kanālos redzamās gaismas, tuvās infrasarkanās gaismas un īsviļņu infrasarkanās gaismas spektra daļās. Tālizpēte nodrošina datus ar dažādu telpisko, spektrālo un temporālo (laika perioda) izšķirtspēju, kas ir atkarīga no konkrētās platformas. Piemēram, Landsat-9 satelīts iegūst datus ar 30 m telpisko izšķirtspēju deviņos spektrālajos kanālos ar astoņu dienu periodu.
Tālizpēte tehnoloģiski ir ļoti ietilpīga nozare, kas ietver tālizpētes inženieriju (sensoru, platformu un sistēmu dizains, būve, uzturēšana, palaišana) un tālizpētes datu lietotājus (metožu izstrāde datu apstrādei un analīzei, tālizpētes datu produktu izveide un publicēšana).