地理坐标系定义了一个用于标识 3D 地球上各位置点的框架。每个地理坐标系 (GCS) 都具有一个设置了大小和形状的椭圆体。每个地理坐标系也以某种特定方式与地球紧密相关。因此，地面上的同一位置在不同地理坐标系中将具有不同的坐标值。如果在投影坐标系中显示数据，这种差异会被放大，可能从几厘米到几百米不等。如果使用基于不同地理坐标系的数据集，则需要设置地理（或基准面）变换。
总是以特定的方向来定义地理变换，例如从 NAD 1927 变换为 WGS 1984。变换名称将对此加以反映：NAD_1927_To_WGS_1984_1。名称中还可包含尾编号，如上述示例中的 _1。该编号表示变换的阶数。较大的编号不一定表示变换较准确。尽管地理变换具有内在的方向性，所有变换方法仍可进行反向变换。也就是说，可在两个方向上使用变换。ArcGIS 将基于输入和输出地理坐标系来应用相应的变换。
如果某对地理坐标系之间不具有任何变换，可能需要使用第三个地理坐标系来构建一系列变换。通常，WGS 1984 是最为通用的变换链接。如果具有以下必要信息（方法和参数值），也可使用“创建自定义地理变换”工具来定义新变换。
为何有如此多的变换？
在任意两个地理坐标系之间，可能不存在变换，也可能存在一种或多种变换。有些地理坐标系的变换不为公众所知，因为政府或公司认为该信息具有战略重要性。很多 GCS 存在多种变换。根据所使用的区域或精度，它们可能会有所不同。精度通常反映变换方法。基于文件的方法（如 NTv2 和 NADCON）往往比基于方程的方法（如，地心变换和坐标框架）更好。有关方法的详细信息，请参阅地理变换方法。
不管使用什么方法，每个变换都是为特定区域设计的，并且可针对每个变换的具体应用来构建参数。需要加以考虑的一个重要因素是一致性，即，每次使用相同的变换在两个地理坐标系之间进行变换。由于变换的种类众多，ArcGIS 工具通常不会为一对地理坐标系设置特定的变换。有关可用变换、方法和使用区域的列表，请参阅 geographic_transformations.pdf 文件。
在 NAD 1983 和 WGS 1984 之间进行转换
起初，NAD 1983 和 WGS 1984 被认为是一致的。为了将坐标的变化降至最低，NAD 1983 专门用于北美洲和太平洋（对于夏威夷等）板块。WGS 1984 专门用于“国际地球参考系”(ITRF)，其不依赖于构造板块。随着时间的推移，这两个坐标系的区别变得越来越大。
- NAD_1983_To_WGS_1984_1：EPSG 的发布精度为 2 米。此变换适用于整个北美洲大陆。此变换使用地心变换方法，变换参数（dx、dy 和 dz）都等于零。此变换将 NAD 1983 和 WGS 1984 基准面视为同一基准面。
- NAD_1983_To_WGS_1984_2：由“美国国防测绘局”(DMA)（现在称为“国家地理空间情报局”(NGA)）针对阿留申群岛进行计算。由 EPSG 所列出的精度在 +/-8 米。
- NAD_1983_To_WGS_1984_3：由 NGA 针对夏威夷进行计算。由 EPSG 所列出的精度在 +/-4 米。
- NAD_1983_To_WGS_1984_4：以前应用在 48 个毗邻的板块内，但被 _5 所取代。不应再使用此变换方法。
- NAD_1983_To_WGS_1984_5：变换参数由美国“国家大地测量局 (NGS)”使用 CORS 工作站进行计算，并将 WGS 1984 与 ITRF96 相关联。根据 EPSG 提供的数据，其精度为 +/- 1 米。
- NAD_1983_To_WGS_1984_6、_7 和 _8：加拿大 NTv2 变换，分别用于魁北克省、萨斯喀彻温省和阿尔伯达省。