Um die exakte Position eines Empfängers mit der Satelliten-Navigation bestimmen zu können, werden die GPS-Frames von mindestens drei Satelliten benötigt. Man spricht in diesem Fall von einem zweidimensionalen Modell, das keine Höhenangabe berücksichtigt und die GPS-Empfangseinrichtung so behandelt, als ob sie sich auf Meereshöhe befindet.
Für Ortungen mit Höhenermittlung sind die GPS- Signale von mindestens vier Satelliten erforderlich. Es handelt sich dabei um ein dreidimensionales Modell.
Generell wird die Position aus den Signallaufzeiten und den Satellitenpositionen zu der GPS-Empfangsstation berechnet.
Die Navigations-Satelliten senden kontinuierlich Signale aus, aus denen die Satellitenposition, die Satellitenbahndaten und vor allem der Zeitpunkt der Aussendung des GPS-Signals hervorgehen. Der GPS- Empfänger vergleicht den Zeitpunkt der Aussendung mit seiner eigenen Zeitreferenz und ermittelt aus der Zeitdifferenz die Entfernung des Satelliten. Die errechnete Abweichung von der tatsächlichen Position ist durch die Genauigkeit der eigenen Zeitreferenz gegeben. Das bedeutet, dass je genauer die Zeitreferenz des GPS-Empfängers ist, desto genauer ist die Positionsbestimmung. Ein Zeitfehler von 500 ns ergibt einen Ortungsfehler von 150 m. Da man die Zeitreferenz des Empfängers aber aus Kostengründen nicht beliebig steigern kann, wird die Ortsgenauigkeit über den bekannten Abstand zwischen den Satelliten errechnet.
Bei zwei empfangenen Satellitensignalen kann der GPS-Empfänger anhand der beiden Satellitenentfernungen und der Satellitenpositionen seine Position bestimmen, allerdings bezogen auf Meereshöhe. Unter Berücksichtigung der Höhenberechnung und der Ungenauigkeit der GPS-Empfänger-Zeitreferenz kann mit drei Satelliten eine exakte Ortsbestimmung vorgenommen werden.
Neben der zweidimensionalen Positionsbestimmung gibt es diverse Apps für 3D-GPS. Diese Apps sind speziell für Wanderer, Radfahrer, Bergsteiger und andere Outdoor-Sportler interessant, weil die Darstellung in 3D-Perspektive erfolgt. Der Betrachter erkennt also nicht nur den Weg, sondern auch die Steigungen und Höhenunterschiede.