座標系間でデータを移動するには、地理座標系の変換が必要になることがあります。
地理座標系には回転楕円体に基づく測地基準系が含まれているので、地理座標変換では基にしている回転楕円体も変更します。測地基準系の変換には、精度や範囲のレベルにより異なる複数の方法があります。特定の変換の精度は、その方法や品質、および変換パラメータを設定するために使用するコントロール ポイントの数によって、センチメートルからメートルまで変化します。
地理座標系変換は、必ず特定の方向において定義されます。上の図は、1927 年北米測地基準（NAD 1927）から World Geodetic System 1984（WGS 1984）への変換を示しています。地理座標変換を使用するときに、方向（変換元から変換先）について何も指定しない場合は、ArcMap などのアプリケーションやツールによって自動的にその方向性が決定されます。たとえば、WGS 1984 から NAD 1927 へデータを変換する場合、NAD_1927_to_WGS_1984_3 という変換を選択するだけで、ソフトウェアが正しく変換パラメータを適用します。
(ArcMap では自動的に 1 つの地理座標系変換がロードされます。これは、アメリカのアラスカとハワイを除いた 48 州用に設計されたもので、NAD 1927 と NAD 1983 間の変換を行います。
北米データでの一般的な変換は、NAD 1983 と WGS 1984 の間の変換です（たとえば、GCS_North_American_1983 地理座標系と GCS_WGS_1984 地理座標系の間）。NAD 1983 と WGS 1984 間での変換をする際の変換方法の特定については、Esri Support KnowledgeBase の記事 24159 をご参照ください。
地理座標変換では、必ず地理（緯度、経度）座標を変換します。一部の方法では、地理座標を地心（X,Y,Z）座標に変換し、そのX、Y、Z 座標を変換した後、新しい値を地理座標に戻します。
これらの方法には、地心変換法、Molodensky 法、および Coordinate Frame 法があります。
NADCON や NTv2 などの他の方法では、差分グリッドを使用して緯度、経度の値を直接変換します。