Erschwerend kommt hinzu, dass wir uns auf der Erde bewegen und die Gravitationskraft Einfluss auf viele Messungen und die Form der Erde hat. Um Messergebnisse darstellen zu können bedarf es zweckmäßiger Bezugsflächen, sodass die Begriffe "horizontal" und "vertikal" in ihrer Bedeutung erhalten bleiben. Dies wäre relativ einfach zu bewerkstelligen, wenn die Lotrichtung immer in Richtung des Massenschwerpunktes der Erde zeigen würde. Durch die Unebenheiten auf und die Störpotentiale unterhalb der Erdoberfläche ist die Lotrichtung aber in der Regel nicht in Richtung des Massenschwerpunktes der Erde gerichtet.

Da eine rein geometrisch festgelegte Figur, wie das Ellipsoid, für die genaue Beschreibung der Erde nicht ausreicht, definierte Gauß eine Fläche, die überall auf der Lotrichtung senkrecht steht, das Geoid, welches als physikalisch-dynamische Ersatzfläche für die Erdoberfläche zu verstehen ist und den mittleren Meeresspiegel darstellen soll. Da diese Fläche jedoch durch die ungleiche Massenverteilung im Erdinnern keine regelmäßige Fläche ist,

eignet sie sich nur für Höhen- und Schweremessungen und nicht als Bezugsfläche für Lagepunkte, da ihre Geometrie dafür zu kompliziert ist.

Für Lagemessungen werden mathematisch-geometrische Ersatzflächen verwendet, die dem Geoid angenähert sind. Je nach Ausdehnung des darzustellenden Gebietes können unterschiedliche Flächen gewählt werden. So kann für eine kleine Umgebung eine Ebene als Bezug ausreichen, da hier die Verzerrungen noch relativ gering sind. Für großflächige Anwendungen müssen jedoch Kugeln und Ellipsoide verwendet werden.

In der Geodäsie werden traditionell getrennt betrachtet:

1. die Lage eines Punktes auf dem Referenzellipsoid
2. die Höhe eines Punktes über oder unter dem Bezugssystem (Geoid, Ellipsoid)