从1994年开始，地球上空就出现了24颗gps卫星，他们被分成了六组，在1.3万英尺的高空中围绕地球飞行。它们是同步轨道卫星，但并不是静止的，而是以每小时8千英里的速度从西向东飞行，每天可以绕地球两次。每颗卫星上搭载了原子钟，并且不断报告：
伪随机码：每颗卫星的ID
星历数据：当前日期和时间，卫星是否健康或不健康（“不健康”可能意味着卫星正在重新定位或重新校准，不是指它飞走了）
年鉴数据：定位卫星在什么时间到达什么位置的数据（每个GPS卫星都有年鉴数据）
GPS内部的接收器会从卫星捕捉到达时间（TOA）和飞行时间（TOF）。给定光速（恒定），以及信号在什么时候、什么地方发生，GPS接收器便会计算出你的车、你的便携式导航仪、徒步GPS，或是智能手机在地球上哪个位置。当设备沿着高速公路移动，它还会计算行驶速度和罗盘航向，不过GPS的速度通常会比汽车里程表显示的时速慢几英里。行驶数据会呈现在导航系统里。卫星信号从地球大气层从40-600英里高空穿过电离层，会产生延迟；而GPS系统会应用校正因子。
一般而言，我们需要三个GPS信号来确定（三角定律）接收器的位置，然后用第四个信号来计算高度。当然，接收器接收的卫星数量越多（最多应该是十二个，因为一共二十四颗卫星，另外十二个在地球的另一边），定位的质量就会越高。如果原子时钟不准确，或是其他不准确的信息进入，GPS可以进行修正。
第一颗GPS卫星是在1978年发射升空的，目前很多GPS卫星都能很好地运行，工作时间长达十年。他们的重量约为2千磅（按地球上重量计），如果算上支持卫星动力的太阳能电池板的话，长度可以达到17英尺。这些卫星的发射器能超过产生不到50瓦特的输出，当然，很多新的卫星也在开发，发射，全世界很多国家现在都有自己的GPS卫星。
更加新一些的GPS系统（接收器在地球上）定位会更加准确，而且能够定位更小的对象，价格也更便宜，它们甚至还能定位室内GPS接收器。美国国防部高级研究计划局曾经展示过一个芯片，它比一美分硬币还要小，但是却内置了三个陀螺仪，三个加速度计，以及一个内置时钟（见上图）。还有其他一些研究人员开发了很多技术，目的是提升GPS计时功能和卫星时钟的准确度。这些研究的主要目的，是让昂贵的GPS系统能够进一步提升准确度，并且能够把这种准确度应用在普通人的汽车中控系统里面。