水准面间存在最大可达2米的系统性的偏移，这就使大地水准面的经典定义暴露出了缺陷。因此，马瑟（）等人在1978年提出，大地水准面应重新定义为与平均海水面最为密合的重力等位面。
相对论定义.1985年，瑞典大地测量学家布耶哈马基于相对论重力提出了相对论大地水准面的概念，即一个使其上所有精密时钟的运行速率相同且与平均海水面最为密合的封闭曲面。在2019年，德国不来梅大学的丹尼斯·菲利普（）利用新的测量结果，以及无含时红移势能（）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。