国际地球参考系统定义为：坐标原点定义在整个地球（包括海洋和大气）的质量中心；长度单位为米（SI），尺度与地心坐标时（TCG）一致；Z轴指向国际时间局（BIH）协议原点或IERS协议地极（IERS reference pole，IRP）；X轴通过IERS格林尼治子午面（international reference meridian，IRM）；Y轴与X轴和Z轴构成右手坐标系统；定向约束条件采用无整网旋转条件（NNR），即要求全球地壳水平运动不存在整体旋转。

由上述定义可知，国际地球参考系统（ITRS）是一种地心地球参考系统（geocentric terrestrial reference system，GTRS），即坐标原点位于地心。国际地球参考系统（ITRS）的原点和尺度并未限定于参考历元。

自1988年起，国际地球自转和参考系统服务（IERS）正式运行，承担定义、建立和维持国际地球参考系统（ITRS）。国际地球参考框架（international terrestrial reference frame，ITRF）、地球定向参数（earth orientation parameters，EOP）和国际天球参考框架（international celestial reference frame，ICRF）是IERS中央局的三种主要产品。

国际地球参考系统主要由地球常数、地球物理模型及有关协议和约定等构成。地球常数是指地球椭球的几何物理参数，通常分为基本常数和导出常数两大类。地球基本常数有4个：地心引力常数、地球椭球长半轴、地球动力因子和地球自转角速度。地球导出常数是指由4个地球基本常数直接导出的地球椭球几何物理参数。如地球椭球扁率、椭球短半轴、椭球面正常重力位、椭球面赤道正常重力和两极正常重力等。

国际地球参考系统的地球物理模型通常包括地球系统的圈层结构，大气、海洋的层析结构，固体地球内部结构，板块构造，固体地球动力学模型，大气、海洋及大陆水等流体地球动力学模型。

国际地球参考系统需要约定建立维持国际地球参考框架应遵循的几何物理条件；大地测量参考框架的动力学模型及算法。几何物理条件是指定义大地测量参考系统的几何物理空间，地球的定位定向条件，以及为实现这些几何物理条件的有关约定。动力学模型及算法规定了参考框架随时间演变的方式，用于定量表达参考框架的地球物理因素影响。如固体地球形变参数、模型及算法，地球流体有关模型及算法，以及与大地测量观测技术有关的模型及算法等。