Zarówno kula, jak i elipsoida, są nierozwijalne, czyli nie mogą być odwzorowane na płaszczyźnie w taki sposób, aby wszystkie łuki zachowały swoją długość; dlatego też nie jest możliwe wierne zachowanie w odwzorowaniu kartograficznym równocześnie odległości, kątów i pól powierzchni. Odwzorowanie kartograficzne przeprowadzane metodami geometrycznymi (zwanymi też
rzutami kartograficznymi) polegają na rzutowaniu kuli lub elipsoidy na płaszczyznę (
odwzorowanie kartograficzne płaszczyznowe, zwane też azymutalnym) lub na pomocnicze powierzchnie rozwijalne: pobocznicę stożka (
odwzorowanie kartograficzne stożkowe) czy walca (
odwzorowanie kartograficzne walcowe). Powierzchnia, na którą jest rzutowana kula (elipsoida) może być do niej styczna, przecinać ją wzdłuż pewnych linii lub być od niej oddalona; rozróżnia się
odwzorowanie kartograficzne normalne (płaszczyzna rzutowania jest styczna do kuli na biegunie, a oś stożka lub walca pokrywa się z osią biegunową kuli),
poprzeczne (płaszczyzna jest styczna na równiku, a oś stożka lub walca jest prostopadła do osi biegunowej kuli),
ukośne (płaszczyzna i osie stożka lub walca zajmują położenia pośrednie),
sieczne (powierzchnie rzutowania przecinają kulę). Do
odwzorowań kartograficznych umownych należą takie, które są zdefiniowane wzorami matematycznymi, nie mają jednak prostej interpretacji geometrycznej, np. odwzorowania pseudopłaszczyznowe, pseudostożkowe, pseudowalcowe. Stosowanie odwzorowania kartograficznego o określonych właściwościach zależy od przeznaczenia mapy. Na przykład w przypadku map nawigacyjnych i topograficznych, przeznaczonych do celów wojskowych, stosuje się
odwzorowania kartograficzne równokątne — wiernie zachowujące kąty, a w przypadku map szkolnych odwzorowania kartograficzne
równopowierzchniowe — wiernie odwzorowujące pola powierzchni. Mapy świata zwykle wykonuje się w tzw.
odwzorowaniach kartograficznych dowolnych, niezachowujących w pełni ani powierzchni, ani kątów, ani odległości. Do najczęściej stosowanych należą: odwzorowanie
Gaussa–Krügera, odwzorowanie
Mollweidego, odwzorowanie
Merkatora,
odwzorowanie służby topograficznej Wojska Polskiego,
odwzorowanie UTM
