平面投影将地图数据投影到与地球接触的平面。平面投影也称为方位投影或天顶投影。
此类型的投影通常在一点与地球相切，但也可能相割。接触点可以是北极、南极、赤道上的某点或者赤道与两极之间的任意点。此点会指定投影方向，并作为投影的焦点。焦点由中央经度和中央纬度标识。可能的投影方法包括极方位投影、赤道投影和斜轴投影。
极方位投影是最简单的形式。纬线是以极点为中心的同心圆，经线是在极点处与其真实的方向角相交的直线。在其他投影方法中，平面投影在焦点处具有 90 度的经纬网。由焦点确定的方向是精确的。
穿过焦点的大圆由直线表示；因此从中心到地图上其他任意点的最短距离是直线。面积和形状变形后是以焦点为中心的圆。由于这个原因，方位投影更适合圆形区域，而不太适合矩形区域。平面投影最常用于绘制两极地区的地图。
某些平面投影会在空间中从特定点来观测表面数据。观测点将确定球面数据如何投影到平面。在不同的方位投影中，用于观测所有位置的透视点也有所不同。透视点可以是地球的中心、与焦点正对的表面点或者地球外部的某点，就如同从卫星或其他星球上遥看一样。
有部分方位投影是按焦点和透视点（如果适用）分类的。球心投影从地心来观测表面数据，而立体投影是在两极之间进行观测。正射投影从无穷远点（如同从外太空）观察地球。注意观察透视图之间的差异如何决定相对于赤道的变形程度。