Ở độ cao h, địa thế năng được định nghĩa là:

Φ ( h ) = ∫ 0 h g ( ϕ , z ) d z , {\displaystyle \Phi (h)=\int _{0}^{h}g(\phi ,z)\,dz\,,}

với g ( ϕ , z ) {\displaystyle g(\phi ,z)} là gia tốc hấp dẫn, ϕ {\displaystyle \phi } là vĩ độ và z là độ cao hình học. Do đó, địa thế năng là thế năng hấp dẫn trên mỗi đơn vị khối lượng ở độ cao h đó.[1]

Chiều cao địa thế năng là:

Z g ( h ) = Φ ( h ) g 0 , {\displaystyle {Z_{g}}(h)={\frac {\Phi (h)}{g_{0}}}\,,}

chuẩn hóa địa thế năng theo g0 là gia tốc trọng lực tiêu chuẩn ở mực nước biển trung bình.