空間星座部分的各顆GPS衛星向地面發射信号，然後使用者裝置通過接收、測量各顆可見衛星信号，并從信号中擷取衛星的運作軌道資訊，進而确定使用者接收機自身的空間位置。
空間星座部分與使用者裝置的這種聯系是單向的，信号、資訊隻從空間星座部分向使用者裝置部分傳遞。衛星信号從20200Km的高空被播發後，大約需要70ms的時間就到達地球表面。衛星信号中包含着信号發射時間的精确資訊，這是使用者裝置用來測量其本身到衛星距離的一個必要條件。
空間星座部分為GPS提供了定位基礎，并且可以支援無數個GPS使用者。然而，它們不會替使用者自己定位，使用者隻有通過GPS使用者裝置才能實作定位。使用者裝置可以簡單地了解為GPS接收機，它主要由接收機硬體、資料處理軟體、微處理器和終端裝置組成。使用者裝置的主要任務是跟蹤可見GPS衛星，對接收到的衛星無線電信号經過資料處理後獲得定位所需的測量值和導航資訊，最後完成對使用者的定位運算和可能的導航任務。
通過天線接收所有可見GPS衛星的信号後，接收機對這些信号進行資料處理而精确地測量出各個衛星信号的發射時間，接着将其自備時鐘所顯示的信号接收時間與測量所得的信号發射時間相減後再乘以光速，由此得到接收機與衛星之間的距離。同時，接收機還從衛星信号中解譯處衛星的運作軌道參數，并以此準确地計算出衛星的空間位置。如果衛星1、2、3的空間位置在某一直角坐标系中的坐标為
，
，
，而接收機測得其本身到該衛星的距離為
，那麼我們根據高中數學知識可以列出以下方程：
其中，未知數(x,y,z)正是我們想要的使用者接收機位置。從方程組中解出三個未知數(x,y,z)，便得到了使用者自身的三維坐标。
因為接收機時鐘通常與衛星時鐘不同步，是以接收機需要有4顆衛星的測量值，然後4個方程一并求解出x,y,z和接收機鐘差(t)這4個未知數，這便是GPS定位、定時的基本原理。