重力方向相对于椭球的法线方向称天文大地垂线偏差，重力方向（即铅垂线）相对于椭球正常重力方向称重力垂线偏差。通过正常力线的弯曲改正可以进行两者之间的转换。垂线偏差又分为绝对垂线偏差和相对垂线偏差。①绝对重力垂线偏差是垂线同平均地球椭球面法线之间的夹角。因为平均地球椭球是不变的，所以过地面点的法线或正常重力线也是不变的。因而垂线偏差具有绝对意义，它可以利用重力异常，按韦宁·迈内兹公式计算。②相对垂线偏差又称天文大地垂线偏差，是垂线和参考椭球面的法线之间的夹角。因为不同的参考椭球过地面点的法线不同，垂线偏差也各不相同，所以它具有相对意义。相对垂线偏差可以利用天文和大地经纬度来计算。

垂线偏差是一空间角，一般采用其在子午方向和卯酉方向的两个分量来表示。垂线偏差将以垂线为基准的天文经纬度与以椭球法线为基准的大地经纬度联系起来：

     …（1）

     …（2）

由地面重力资料确定的重力垂线偏差与天文大地垂线偏差之间的差异产生于正常重力线在高程方向上的弯曲：

     …（3）

     …（4）

垂线偏差主要受地表附近的异常质量的影响，在平坦地区其数值一般只有几角秒，山区通常不超过二十多角秒。