NAVSTAR-satellittene kretser rundt jorden to ganger pr. døgn i nøyaktig beregnete baner. Satellittene inneholder meget nøyaktige atomur, og sender radiosignaler som inneholder blant annet opplysninger om tidspunktet signalet ble sendt ut fra satellitten, om satellittens bane og andre satellitters bane. GPS-mottakeren kan sammenligne tidspunktet et signal er sendt fra en satellitt med tidspunktet det ble mottatt. Denne tidsforskjellen forteller GPS-mottakeren hvor langt unna satellitten er. Med avstandsmål fra noen flere satellitter, fastsetter GPS-mottakeren sin posisjon. En GPS-mottaker må være låst på signalet fra minst tre satellitter for å beregne en to-dimensjonal posisjon (bredde, (nord/sør) og lengde, (øst/vest)) og bevegelse. Med fire eller flere satellitter i sikte, fastsetter mottakeren sin tre-dimensjonale posisjon (bredde, lengde og høyde). Etter at posisjonen er fastsatt, kan GPS-enheten beregne annen informasjon, slik som fart, peiling, spor, turlengde, avstand til destinasjon, soloppgang og solnedgang. Mange mottakere kan også vise den eksakte posisjonen grafisk på et kart.