地球表面的真实形状是非常不规则的，崎岖不平的。如果按静止海平面的趋势延伸切入到大陆下面，形成封闭的近似球面，可以将其看作是地球近似形状，叫大地水准面。总体来看它是一个球体曲面。近代测量表明，地面各部分有大致相同的曲率。地球是一个扁球体，它的特征是球半径随纬度的增高而变小、赤道半径最长、极半径最短。在扁球体上，赤道和纬线仍是正圆形，而经线都是椭圆，它们的曲率自赤道向南北两极减小。扁球体的赤道半径为6378.140 km、极半径为6356.755 km、扁率为1/298.275。
地球是一个绕极轴旋转的扁球体，在惯性离心力的作用下，地球的每一质点都受地球引力和惯性离心力两者合力的作用，这个合力就是重力。这里把重力随纬度的变化，归因于惯性离心力的作用。在赤道上，地球自转速度最快，惯性离心力最大，重力减小；在两极自转的速度和惯性离心力都等于零，那里的重力最大。计算表明，赤道上的重力比在两极减小1/289。可是，地面重力的实际差异比这要大得多，赤道与两极的重力差值为1／190。在自转的地球上，每一质点的圆运动的中心都在地轴上，惯性离心力的方向都垂直并背离地轴。如把一地的惯性离心力分解为垂直和水平方向的两个分力，那么，这后一分力都指向赤道。正是在指向赤道的水平分力作用下，物质有向赤道集聚的趋势，使地球变成了扁球体。
图2.1.2 重力g是单位质量所受地球引力F和因自转而产生的惯性离心力P的 合力
地球上的任何质点，都受到地球的引力（F）和惯性离心力（P）的作用。这两个力的合力就是重力（g）（图2.1.2）。
地球周围重力作用的空间，称为重力场。通常用重力场强度来描述重力场的性质，重力场中某点的重力场强度，等于单位质量的质点在该点所受的重力。重力强度可以用单位质量所受重力的数值来表示，也可以用物体在重力作用下的加速度来表示，单位为m·s-2。
在不同的高度或深度上，地球上的重力有很大的差别。同一高度不同地点的重力差异是很小的。根据地球的平均半径、质量及万有引力常量计算，地球海平面上的平均引力约为980×10-2m·s-2。
地面上的引力和自转所产生的惯性离心力，因纬度变化而不同，使地面上的引力在两极处最大是983.2×10-2m/s2；赤道处最小是981.4×10-2m/s2。二者相差1.8×10-2m/s2。
地球的重力场可以分为三个部分，即正常重力场、随时间变化的重力场以及重力异常。
2.1.2.1 正常重力场
与平静的海平面相重合的水准面，称为大地水准面。大地水准面的形状实际上很不规则。测量结果表明，它在南北两半球并不对称，北极略为突出，南极略平，呈梨状，但它与一个两极略扁的旋转椭球面十分接近，最大偏离不超过几十米（如图2.1.3所示）。在重力测量与重力勘探领域中，一般把大地水准面的形状近似作为地球的形状。
图2.1.3 大地水准面与旋转椭球面示意图
人们根据地球的基本形状及其内部物质分布的主要规律，将它当作一个旋转椭球体（又称参考椭球体）。体内的物质呈同心层状分布，每一层密度均匀，而且椭球面的形状与大地水准面的偏差最小，这样从理论上获得的表示大地水准面上任意点的重力值g0
环境地球物理学概论
式中：φ为计算点的纬度，称为正常重力场。
2.1.2.2 重力随时间的变化
因为地球和月球的相对运转使得地表各点与日、月的相对位置不断改变，因此日、月对这些点的引力也不断发生变化，从而造成了重力的改变。引力的变化不仅可以造成海洋潮汐，还可以引起地壳形变，即所谓“固体潮”。固体潮使大地水准面发生位移，这种位移也造成了重力的变化。这些重力变化的总和为重力日变。日变的幅度一般为（0.2～0.3）×10-5m/s2。
2.1.2.3 重力异常
地下局部地质体的剩余质量引起的重力值称为重力异常。可以用来探测地下地质构造和矿产资源，以及探测近地表溶洞、洞穴、废矿山巷道以及规模较小的断裂、断层等；对水库、矿山巷道可以用微重力动态监测因岩石层受力变化而可能诱发的岩爆；还可以用于地面沉降的监测，统称为重力勘测方法。