כל לוויין משדר כל הזמן אות עם השעה המדויקת — לפי שעון אטומי שבתוכו — והמיקום שלו. המקלט מודד כמה זמן לקח לכל אות להגיע, ומזה מחשב את המרחק לכל לוויין. כשיודעים את המרחק מארבעה לוויינים או יותר, אפשר לחשב את המיקום בדיוק של מטרים בודדים. ה־GPS רק קולט אותות — הוא לא משדר — ולכן הוא עובד גם בלי אינטרנט, אם כי מפות צריכות לפעמים אינטרנט כדי להיטען.
GPS אמריקני הוא מערכת אחת; יש גם מערכות דומות של אירופה, רוסיה וסין, וטלפונים רבים משתמשים בכמה מהן יחד. בתוך מבנים, במנהרות או בין בניינים גבוהים האותות נחסמים, ואז הטלפון נעזר גם ברשתות Wi-Fi ובאנטנות הסלולר. מיקום הוא מידע רגיש — לכן משתפים אותו רק עם המשפחה, ומכבים אותו באפליקציות שלא צריכות אותו.