海平面的定义是这样的垂直位置，在潮汐之间的平均水平上，通过管道连接到海洋，从一端到另一端密度均匀，不会向一个方向或另一个方向流动。
一个更简单但更深奥的等价定义是，它是地球引力场中的等势面。该场包括地球自转引起的离心力场。
表面的另一个定义是重力加上离心力垂直于表面表面上的所有地方。
同样，这个表面与海洋的平均表面相吻合。
这个表面称为大地水准面(不要与极面混淆)。
描述大地水准面的一个有用的依据是地球的参考椭球。这是一个扁椭球，即围绕其小直径旋转椭圆所产生的表面。母椭圆的半长半径是地球的赤道半径，半小半径是地球的极半径。这两个半径被调整以符合整个地球表面的平均海平面。最近的值
赤道半径= 6,378,136.6米，
极半径= 6,356,751.9米。
对大地水准面的最有用的描述是它在任何感兴趣点与参考椭球的偏差。这样定义的地球大地水准面与参考椭球的最大偏差在冰岛为+85米，在印度南部为-106米。这张地图显示了世界范围内的偏差:
一个较低的大地水准面，相对于参考椭球，对应于地球重力场的异常弱。这与这些区域下物质的密度降低相对应。
