Das globale Positionierungssystem ist primär ein militärisches Projekt der USA. Anfang der neunziger Jahre stand es aufgrund von technischen und finanziellen Problemen kurz vor dem Aus, doch durch den Golfkrieg erfuhr es einen Auftrieb und ist seit Mitte 1995 vollständig einsatzfähig. Neben der primären militärischen Nutzung wird es sekundär auch zivil genutzt. Es wird weltweit als Navigationssystem für Flugzeuge, Schiffe und Straßenverkehrsmittel wie Busse oder Autos verwendet. Für die militärische Nutzung ist eine andere Frequenz der elektromagnetischen Wellen bestimmt als für die zivile Nutzung. Darüber hinaus können die USA die zivile Nutzung manipulieren und sperren, was im Golfkrieg gemacht wurde. Deshalb ist es für GPS-Nutzer wie Flugzeuge und Schiffe, die auf eine Navigation angewiesen sind, zwingend notwendig alternative Systeme zu besitzen, um in einem solchen Fall auch navigieren zu können. Das globale Positionierungssystem umfasst insgesamt 24 Satelliten, von denen sich jeweils vier Satelliten zeitversetzt auf der selben Umlaufbahn befinden. Es gibt demnach sechs verschiedene Umlaufbahnen, die alle eine Entfernung von 20200 km von der Erdoberfläche haben. Die Umlaufsdauer beträgt zwölf Stunden, die Satelliten umlaufen die Erde somit nicht in der gleichen Frequenz wie die Erde rotiert, sie befinden sich also nicht immer über dem gleichen Punkt der Erdoberfläche. Man sagt, die Satelliten sind nicht geostationär. Diese Umlaufbahnen sind so angeordnet, dass jeder Ort auf der Erde zeitgleich mit mindestens vier Satelliten linear verbunden werden kann.

Alle Satelliten senden permanent elektromagnetische Wellen aus, die Daten über den genauen Zeitpunkt der Absendung und über die genaue Position des jeweiligen Satelliten enthalten. Die Position wird mit dem Ort auf der Erdoberfläche beschrieben, durch den die Strecke zwischen Satellit und Erdmittelpunkt verläuft. Hierfür und für die spätere Positionsangabe des GPS-Nutzers sind Angaben notwendig, die einen Punkt auf der Erde bzw. in der Erdatmosphäre präzise beschreiben. Es handelt sich hierbei um einen Punkt, der sich in einem dreidimensionalen Raum befindet. Zur genauen Positionsangabe sind somit drei Zahlenwerte notwendig. Allgemein werden dafür Längengrad , Breitengrad und Abstand vom Erdmittelpunkt verwendet. Bei der Beschreibung eines Punktes auf der Erdoberfläche wird der Abstand vom Erdmittelpunkt mit dem Erdradius r gleichgesetzt , der nicht mehr extra angegeben wird, sondern als bekannt vorausgesetzt wird. Dabei wird vereinfachend davon ausgegangen, dass alle Punkte der Erdoberfläche auf Meereshöhe liegen.

Die Daten der elektromagnetischen Wellen werden von einem GPS-Empfänger ausgewertet. Er berechnet mit Hilfe der Zeitangabe die Zeitdifferenz ∆t₁, die die elektromagnetischen Wellen für die Strecke d₁ (Satellit 1 – Empfänger) benötigten, und kann daraus die Länge der Strecke d₁ berechnen, weil die Geschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen gleich der Lichtgeschwindigkeit c ist. Die Gleichung für den Abstand Satellit 1 – Empfänger heißt demnach: . Der GPS-Empfänger weiß nun, dass er sich an irgendeinem Punkt der Oberfläche der Kugel 1 mit dem Radius d₁ um den Satelliten 1 befindet.

Werden die Daten eines zweiten Satelliten (Satellit 2) herangezogen, so wird die Position des GPS-Empfängers auf eine sogenannte Standlinie beschränkt. Diese Standlinie ist die Schnittmenge der Oberflächen der Kugel 1 mit dem Radius d₁ und der Kugel 2 mit dem Radius d₂ ().

Mit Hilfe eines dritten Satelliten (Satellit 3), um den sich die Kugel 3 mit dem Radius d₃ () befindet, kann die Position des GPS-Empfängers auf zwei Punkte reduziert werden, denn die Schnittmenge der Oberflächen der Kugel 1, Kugel 2 und Kugel 3 umfasst nur zwei Punkte.

Eine eindeutige Aussage lässt sich mit einer zusätzlichen vierten Kugel machen. Diese Kugel kann entweder die Kugel 4 mit dem Radius d₄ () des Satelliten 4 sein oder , sofern sich der GPS-Empfänger auf der Oberfläche der Erde befindet, die Erde selbst mit dem Kugelradius r = 6371 km. Bei der letztgenannten Möglichkeit ist allerdings zu beachten, dass der Höhenunterschied auf der Erde keine Berücksichtigung findet. Die Schnittmenge der Oberflächen dieser vier Kugeln umfasst nur noch einen Punkt. Damit ist die Position des GPS-Empfängers eindeutig bestimmt. Somit ist gezeigt, dass man für die Satellitennavigation auf der Erdoberfläche die Daten von mindestens drei Satelliten haben muss. Bei der Navigation in der Luft sind hingegen vier Satelliten zwingend notwendig.

Wie man hieraus erkennen kann, erfolgt die Breiten- und Längenbestimmung sowie die Höhenbestimmung des GPS-Empfängers zeitgleich, es wird also nicht zwischen diesen Rechenschritten differenziert. Anders ist es bei den traditionellen Methoden der Geodäsie, denen die Triangulation zu Grunde liegt. Bei dieser Methode werden zunächst die Breiten- und Längenkoordinaten ermittelt und danach die Höhe des Objektes bestimmt. Man teilt die komplexe Positionsbestimmung somit in eine horizontale und in eine vertikale Positionsbestimmung.