方向关系可以借助极坐标的角度来定量表示，也可以概念化为方向名称来定性表示。根据地球物理规律，地球自身的南极和北极决定了地球参考系统的南北方向。根据地球自转规律，地球绕自转轴自西向东转动决定了地球参考系统的西东方向。根据自身结构功能，对象自身具有固定的前后左右上下方向。

目标对象和参考对象可以简化为目标点和参考点，以参考点为圆心，目标点方向可以用圆周上角度数值表示。依据直角坐标系或坐标象限，概念化圆周角度为{东，西，南，北}的主方向和{东北，西北，西南，东南}的次方向等。为了支持复杂空间关系认知，存在十字架、方向锥、面对象边界投影降维或最小外界矩形近似的方向关系表达理论。