在大地坐标系统中，点的坐标有两种常用表达形式：大地坐标（B,L,H）和空间直角坐标（X,Y,Z）。见图，大地纬度B为地面点所在参考椭球法线与赤道面的夹角，大地经度L为通过地面点的子午面与起始子午面的夹角，大地高H为地面点沿参考椭球法线至参考椭球面的距离。根据坐标原点的定位不同，大地坐标系统可分为参心坐标系统和地心坐标系统。

大地坐标与空间直角坐标图

参心坐标系统是以参考椭球的几何中心为基准的大地坐标系统。“参心”意指参考椭球面的中心。在测量中，为了处理观测成果和传算地面控制网的坐标，通常须选取一参考椭球面作为基本参考面，选一参考点作为大地测量的起算点（大地原点），利用大地原点的天文观测量来确定参考椭球在地球内部的位置和方向。

传统的，建立参心大地坐标系统需要选取地球椭球，对椭球进行定位定向，并给出大地起算数据。一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。19世纪以来，世界各国建立和使用的参心大地坐标系统有100余种，在社会和经济发展中发挥了重要的作用。

以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系统。

卫星大地测量出现使得建立地心坐标系统成为可能。地球卫星围绕地球质心运动，对地心定位参数敏感，地心定位主要依赖于SLR和GNSS等卫星资料。由于地心存在复杂运动，只能在一定时间尺度上实现地心定位。地球表面和内部质量再分布会影响地心在地球内部的位置，如季节性地表质量重新分布对地心运动产生的影响。卫星动力学技术能以较高精度确定地球质心，卫星激光测距（SLR）、全球导航卫星系统（GNSS）和多里斯系统（DORIS）可实现地心定位。SLR是地心定位精度最高的空间大地测量技术，例如全球的SLR观测网，可将坐标原点置于地球质量中心。

国际地球参考框架（ITRF）是在全球范围内实现的一种地心地球参考系统（GTRS）。国际导航卫星系统服务（IGS）全球参考框架产品，在建立全球和区域地心坐标参考框架等方面发挥重要作用。2008年，中国也建立并启用了2000国家大地坐标系统（CGCS 2000）。通常将坐标原点位于为地球质心的CTRS称为地心地球参考系统（GTRS）。