在坐标系间移动数据时，有时会包括在地理坐标系间进行变换。
由于地理坐标系包含基于椭圆体的基准面，因此地理变换还会更改基础椭圆体。在基准平面间进行变换的方法很多，这些方法具有不同的精度和范围。特定变换的精度范围可以从厘米到米，具体要取决于方法和质量，以及可用于定义变换参数的控制点数量。
地理变换始终在特定的方向上定义。上图显示了从 1927 北美洲基准面 (NAD) (North American Datum (NAD) 1927) 向 1984 世界大地坐标系 (WGS) (World Geodetic System (WGS) 1984) 进行的变换。使用地理变换时，如果未指出方向，应用程序或 ArcMap 等工具会自动处理方向性。例如，如果从 WGS 1984 向 NAD 1927 转换数据，可以选取一个名为 NAD_1927_到_WGS_1984_3 的变换，然后软件即可正确应用它。
(ArcMap 会自动加载一个地理变换。它被设计用于美国本土的 48 州在 NAD 1927 和 NAD 1983 之间进行变换。）
北美数据的一般变换发生在 NAD 1983 和 WGS 1984 之间，例如在 GCS_North_American_1983 和 GCS_WGS_1984 地理坐标系之间。有关如何确定在 NAD 1983 和 WGS 1984 之间使用哪种变换的提示，请参阅 ESRI 支持知识库文章 24159。
地理变换始终都会转换地理（纬度–经度）坐标。某些方法会将地理坐标转换为地心（X、Y、Z）坐标、变换 X、Y、Z 坐标，最后再将新值转换回地理坐标。
这些方法包括地心变换、莫洛金斯基方法和坐标框架方法。
NADCON 和 NTv2 等其他方法使用差值格网并会直接转换经度-纬度值。