Geodezja zajmuje się również sporządzaniem modelu matematycznego rzeczywistej bryły ziemskiej (również wyznaczaniem kształtu i rozmiarów tej części powierzchni Ziemi, która nie poddaje się modelowaniu) a także określaniem wzajemnego położenia punktów na wyznaczonej powierzchni. Ostatnio zainteresowania geodezji rozszerzyły się również na badania i pomiary deformacji powierzchni Ziemi wywołanych przez ruchy płyt tektonicznych (ruchy kontynentów). Sporządzenie modelu matematycznego polega na wyznaczeniu powierzchni zamkniętej najbliższej rzeczywistym kształtom bryły ziemskiej i możliwej do opisania równaniem matematycznym oraz na obliczeniu wartości liczbowych parametrów tego równania. Do celów geodezji wykorzystuje się też fotogrametrię, kartografię i teledetekcję. Niektóre metody geodezji są obecnie stosowane do pomiarów innych ciał niebieskich (np. w selenodezji do pomiarów Księżyca). Geodezję można umownie podzielić na klasyczną i nowoczesną. Geodezję klasyczną, obejmującą pomiary wykonywane na powierzchni Ziemi, dzieli się zwyczajowo na geodezję wyższą i miernictwo (dawniej geodezja niższa). Geodezja
wyższa zajmuje się pomiarami większych obszarów, dla których niezbędne jest uwzględnienie kulistego kształtu Ziemi,
miernictwo — pomiarami lokalnymi, dla których można przyjąć, że powierzchnia Ziemi jest płaska (w skład geodezji niższej wchodzi topografia). Prace geodezyjne obejmują: pomiary współrzędnych punktów na fizycznych powierzchni Ziemi metodami
triangulacji, pomiary wysokości tych punktów metodami
niwelacji i
tachymetrii, a także pomiary grawimetryczne (
grawimetria). Na podstawie uzyskanych wyników sporządza się model powierzchni Ziemi, a materializację tej powierzchni stanowi sieć punktów (zwana osnową geodezyjną) o wyznaczonych współrzędnych geograficznych. Metody geodezji klasycznej w ciągu wielowiekowego rozwoju osiągnęły wysoki stopień dokładności, jednak nie zrealizowały swych głównych celów; wykonanie pomiarów na obszarach całych kontynentów jest trudne, a dokładne pomiary na powierzchni oceanów — niemożliwe; korzystając z tych metod nie można utworzyć jednolitego układu współrzędnych dla całego globu.
Metody pomiaru w skali całego globu rozwinęła geodezja nowoczesna wykorzystując sztuczne satelity Ziemi i systemy satelitarne. Metody geodezji
satelitarnej są stosowane głównie do: 1) precyzyjnego wyznaczania przestrzennej pozycji punktów położonych na powierzchni Ziemi, zarówno względem globalnych geodezyjnych układów odniesienia, jak i geodezyjnych układów o zasięgu kontynentynentalnym czy względem układów lokalnych, 2) określania parametrów pola grawitacyjnego Ziemi i położenia geoidy, 3) pomiarów i modelowania parametrów geodynamicznych (związanych z ruchami ziemskich biegunów, ruchem obrotowym Ziemi, deformacjami i ruchami części skorupy ziemskiej), 4) wyznaczania pozycji obiektów znajdujących się w ruchu (nawigacji). Wykorzystuje się głównie satelitarny system
GPS, który pozwala na osiągnięcie dokładności wyznaczania pozycji bezwzględnej na poziomie kilku m, pozycji względnej w wyniku natychmiastowego pomiaru — kilku cm, a w wyniku pomiaru długotrwałego — 1 mm. Istnieje również rosyjski system wyznaczania pozycji, GLONASS. Niektóre aparaty pomiarowe wykorzystują jednocześnie obydwa systemy. Precyzyjne geodezyjne pomiary satelitarne są związane z zakładaniem
osnów geodezyjnych. W tym zakresie metody geodezji satelitarnej wyparły niemal zupełnie tradycyjne pomiary triangulacyjne, ponieważ są dokładniejsze, tańsze i niezależne od warunków pogodowych. W zagadnieniach związanych z wyznaczaniem wysokości względem geoidy, oprócz pomiarów satelitarnych, stosuje się modele geoidy otrzymane zarówno metodami geodezji satelitarnej, jak i na podstawie naziemnych pomiarów grawimetrycznych i niwelacyjnych oraz metodami astronomii geodezyjnej (
astrometria).
W związku z rozwojem technik informacyjnych, współczesna geodezja może być traktowana jako system informacyjny obejmujący informacje o powierzchni Ziemi oraz o obiektach i zjawiskach związanych z powierzchnią Ziemi, zgromadzone i przetworzone za pomocą metod i technik geodezyjnych. Obecnie wśród geodezyjnych systemów informacyjnych rozróżnia się systemy informacji o terenie (SIT), stanowiące kompletny zbiór informacji geodezyjnych potrzebny do tworzenia map gospodarczych i topograficznych, oraz systemy informacji geograficznej (GIS), dostarczające źródłowych informacji koniecznych do tworzenia map tematycznych.
Geodezja jest jedną z najstarszych nauk. Tezę o kulistym kształcie Ziemi przypisuje się greckiemu filozofowi Pitagorasowi (VI w. p.n.e.). W III w. p.n.e. Eratostenes z Cyreny wyznaczył z dużą dokładnością długość promienia ziemskiego na podstawie pomiaru długości fragmentu łuku południka i wartości odpowiadającego mu kąta środkowego (metoda pomiaru stopnia). W 1615–17 matematyk i geodeta holenderski Snell van Royen opracował nową metodę pomiarów geodezyjnych, zwaną triangulacją. W 1687 I. Newton ogłosił teorię o elipsoidalnym kształcie Ziemi i o spłaszczeniu jej na biegunach, co potwierdziły pomiary łuków południków w Peru (1735–44, P. Bouguer) i Laponii (1736–37, A.C. Clairaut, P.L.M. de Maupertuis), wykonane przez ekspedycje Akademii Nauk w Paryżu. W 1743 A.C. Clairaut udowodnił możliwość wyznaczenia kształtu Ziemi na podstawie pomiarów przyspieszenia ziemskiego i stworzył podstawy geodezji dynamicznej. W 1792–98 pomiary łuku południka paryskiego od Dunkierki do Barcelony (J.B.J. Delambre, P.F.A. Mechain) stały się podstawą wyznaczenia jednostki miary zwane metrem. W 1873 matematyk niemiecki J. Listing wprowadził pojęcie geoidy. W XIX i XX w. elementy
elipsoidy ziemskiej wyznaczyli m.in. F.W. Bessel, F.W. Clarke, F.R. Helmert, J.F. Hayford, F. Krasowski. W latach 60. XX w. rozpoczął się rozwój geodezji nowoczesnej, która oprócz pomiarów naziemnych wykorzystuje pomiary satelitarne o zasięgu całego globu.
