垂直坐标系 (VCS) 可用作两种不同类型表面的参照：旋转椭球体（椭球体）表面或重力相关表面（大地水准面）。大多数垂直坐标系为重力相关。重力相关的垂直坐标系通常与特定地理坐标系仅有松散的连接。任何特定垂直坐标系均可与不同的水平坐标系共同使用。重力相关的 VCS 可以通过当地平均海平面或水准点设置其零点。由于地形、大气效应等因素的不同，不同地点的平均海平面也有所差异。
重力相关的 VCS 将包含高程基准作为其定义的一部分。以下是一个示例：
VERTCS["National_Geodetic_Vertical_Datum_1929",VDATUM["NGVD_1929"],PARAMETER["Vertical_Shift",0.0],PARAMETER["Direction",1.0],UNIT["Meter",1.0]]
旋转椭球体 VCS 定义了地理坐标系旋转椭球体所参照的高度。全球定位系统 (GPS) 设备本身会报告相对于 1984 世界坐标系 (WGS84) 椭球体的高度。GPS 设备中的板载大地水准面模型（在下面介绍）会将椭球体高度转换为重力相关的高程。旋转椭球体高度是几何量，不具有物理意义，因为地理坐标系的旋转椭球体可能在实际地表以上，也可能在实际地表以下。区域的旋转椭球体高度可能不会反映因重力形成的运动（即水流）。使用旋转椭球体高度时，水可能会向上流动。
具有旋转椭球体所参照的高度或深度的 VCS 将包括一个基准面定义，而非高程基准定义。以下是一个示例：
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]]