Die Laufzeitberechnung erfolgt über einen speziellen Ansatz. Die Trägerfrequenz, die im Satelliten erzeugt wird, wird synchron in gleicher Weise auch im Empfänger auf der Erde generiert. Die vom Empfänger aufgenommenen (und wegen der Dopplerverschiebung korrigierten) Signale des Satelliten weisen gegenüber den im Empfänger erzeugten Signalen eine Zeitverschiebung auf. Durch Vergleich beider Signale kann das Empfangsgerät die Laufzeit errechnen.
Durch Multiplikation des Zeitunterschieds mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts wird die Distanz vom Empfänger zum Satelliten bestimmt. Diese Distanz wird Pseudoentfernung genannt, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals streng genommen nicht mit der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum gleichzusetzen ist.
Die Berechnung des Zeitunterschieds ist allerdings mit einem Fehler behaftet. Die Empfänger mit Ihren Quarzuhren besitzen gegenüber den Atomuhren der Satelliten Fehler in der Zeitmessung. Somit gilt für die Entfernungsbestimmung des Empfängers zu einem Satelliten die Gleichung:
\(\Large R=(\Delta T+\Delta t) \cdot c\)
\(\Large \Delta T\) Zeitdifferenz
\(\Large \Delta t\) Fehler der Empfängeruhr gegenüber der Satellitenuhr
\(\Large c\) Lichtgeschwindigkeit
\(\Large R\) (Range) Distanz Empfänger zu Satellit
Insgesamt liegen dem GPS vier Unbekannte zugrunde, die drei Koordinaten der unbekannten Position und der Zeitfehler.