时红移势能（）等新的理论，对相对论大地水准面的概念给出了数学上的表述方法。这一方法给出的相对论水准面与经典大地水准面之间存在着毫米级的差异。
形状.从数学上看，大地水准面是一个连续但不规则的闭合曲面，它与经过这一曲面的铅垂线处处正交。地球内部的质量分布，特别是外层的质量分布的不均匀性，使得大地水准面的形状变得特别复杂。在发生密度突变的区域，大地水准面的曲率会表现出不连续性。因此，大地水准面并非是解析曲面。大地水准面的形状可以用椭球面近似，该椭球面也被称为参考椭球面。以WGS84