Un système de coordonnées verticales peut être référencé sur deux types différents de surfaces : ellipsoïde ou lié à la gravité (géoïde). La plupart des systèmes de coordonnées verticales sont liés à la gravité. Un système de coordonnées verticales lié à la gravité est souvent seulement vaguement lié à un système de coordonnées géographiques particulier. Tout système de coordonnées verticales particulier peut être utilisé avec différents systèmes de coordonnées horizontales. Un système de coordonnées verticales lié à la gravité peut définir son point zéro par le biais d'un niveau local moyen de la mer ou d'un repère de nivellement. Le niveau moyen de la mer varie à différents endroits en raison de la topographie, des effets atmosphériques, etc.
Un système de coordonnées verticales lié à la gravité comprend un datum vertical dans sa définition. Voici un exemple :
VERTCS["National_Geodetic_Vertical_Datum_1929",VDATUM["NGVD_1929"],PARAMETER["Vertical_Shift",0.0],PARAMETER["Direction",1.0],UNIT["Meter",1.0]]
Un système de coordonnées verticales ellipsoïdal définit des hauteurs qui sont référencées sur un ellipsoïde d'un système de coordonnées géographiques. Une unité GPS (Système de positionnement par satellite) indique en mode natif des hauteurs relatives à l'ellipsoïde du Système géodésique mondial de 1984 (WGS84). Un modèle de géoïde embarqué (présenté ci-après) dans l'unité GPS convertit les hauteurs ellipsoïdales en altitudes liées à la gravité. Une hauteur ellipsoïdale est une quantité géométrique et n'a pas de sens physique, car l'ellipsoïde d'un système de coordonnées géographiques peut se trouver au-dessus ou au dessous de la surface de la Terre. Les hauteurs ellipsoïdales d'une surface peuvent ne pas refléter le mouvement dû à la gravité, autrement dit, le flux de l'eau. L'eau peut couler vers le haut d'une colline lors de l'utilisation de hauteurs ellipsoïdales.
Un système de coordonnées verticales avec des hauteurs ou des profondeurs référencées sur l'ellipsoïde inclut un datum, plutôt qu'une définition de datum vertical. Voici un exemple :
VERTCS["WGS_1984",DATUM["D_WGS_1984",SPHEROID["WGS_1984",6378137.0,298.257223563]],PARAMETER["Vertical_Shift",0.0],PARAMETER["Direction",1.0],UNIT["Meter",1.0]]