Чисто теоретически можно прийти к выводу, что представление о Земле как о сфероиде не должно быть последним словом науки по вопросу о фигуре Земли.
Вращающаяся Земля была бы сфероидом при условии правильного концентрического изменения её плотности к центру. Это условие не соблюдено, так как наличие рельефа земной поверхности вызывает перераспределение масс по географической широте и долготе, — следовательно, Земля и не может иметь форму сфероида.
Наиболее тщательные градусные и гравиметрические измерения обнаружили, что Земля есть тело геометрически неправильное. Это тело, истинная форма которого и до сих пор неизвестна, принято называть геоидом. Задача определения формы геоида по своей трудности приближается к задаче изучения реальной физической поверхности Земли (хотя вовсе и не совпадает с ней), потому что, поскольку геоид есть тело неправильное, составить о нём представление возможно лишь с помощью множества измерений на множестве конкретных участков земной поверхности
Теоретически поверхность геоида в каждой точке перпендикулярна к направлению силы тяжести (т. е. линии отвеса) и отождествляется со средним положением спокойной водной поверхности в океанах и открытых морях, мысленно продолженной также и под материки. Из этого определения явствует, что несколько более 70% поверхности геоида, а именно вся её часть, совпадающая с поверхностью океанов, даётся нам из опыта. Поверхность геоида всюду выпуклая (что отвечает выпуклости океанической поверхности). Несмотря на всю сложность своей поверхности, вследствие чего она в пределах каждой отдельной территории может иметь те или иные особенности, геоид мало отличается от сфероида. Отклонения, за отдельными исключениями, составляют не более ±100 м, т. е. поверхность геоида редко выступает над поверхностью сфероида более чем на 100 м и редко погружается под поверхность сфероида более чем на такую же величину. Средняя же величина отступления геоида от наиболее удачно подобранного земного эллипсоида не превышает ±50 м. В Африке, Европе, в Полярном бассейне и на Тихом океане поверхность геоида расположена выше поверхности сфероида, в северной и южной Азии и в Северной Америке — ниже.