Ezért a Geodézia, mely tudomány célja a Föld alakjának és méreteinek tanulmányozása, megalapozza a Föld alakjának közelítését, az ún. ellipszoid. Az ellipszoid ugyanis egy matematikai ábra, amely reagál az analitikai képletekre, oly módon, hogy lehetővé teszi az ez alapján történő számításokat.

referenciafelületeinek

Különböző típusú ellipszoidokat használnak (Bessel, Hayford, Everest), ezeket referenciaellipszoidoknak nevezik. Az ezek közötti különbségeket a legfontosabb paramétereikhez rendelt értékek adják:

Egyenlítői féltengely a) vagy féltengely: Az Egyenlítőnek megfelelő féltengely hossza a Föld tömegközéppontjától a Föld felszínéig. Poláris féltengely b) o félig-minor tengely: A féltengely hossza a Föld tömegközéppontjától az egyik pólusig. Az ellipszoidot a körülötte lévő ellipszis fordulata generálja.

Az egyik manapság leggyakrabban használt referenciaellipszid az, amelyet az USA Védelmi Minisztériuma fejlesztett ki a World Geodetic System 84 (WGS-84) nevű rendszerben, és amely a Föld tömegközéppontjából származik. Népszerűsége annak köszönhető, hogy a GPS rendszer használja. Ha GPS-szel mérünk, a kiszámított koordinátákat erre az ellipszoidra utaljuk.

Annak ellenére, hogy egyszerű matematikai ábra, az ellipszoid nem az, amely leginkább hasonlít a Föld alakjára, és nem is megfelelő a magasságok mérésénél. A magasságok megjelölésére alkalmas referenciafelület hasonlít a nyugodt tengerek átlagos szintjére, ideális esetben a kontinensek alatt meghosszabbítva. A világ óceánjaiban lévő víz egyensúlyban van, ezért ekvipotenciális gravitációs felületet követ.

Ezért vezetnek be egy új, ezúttal szabálytalan alakot, az úgynevezett geoid, a Föld gravitációs mezőjének ekvipotenciális felülete, amely a legjobban igazodik a globális átlagos tengerszinthez. Ennek a meghatározásnak az egyik következménye, hogy a geoid minden ponton merőleges a lokális gravitációs vektorra.

Ily módon ugyanannak a pontnak az ellipszoidra és a geoidra utaló magassága nem egyenlő. Az ellipszoidra hivatkozott pont magassága (h, ellipszoid magassága) és a geoidból (H, ortometrikus magasság) mért mérés közötti különbséget a geoid hullámzásának (N) nevezzük.