Cuando las necesidades de exactitud son más rigurosas y se requiere levantar elementos geográficos en el orden de 30 cm a 3 m, es necesario utilizar la técnica de posicionamiento diferencial de código o de portadora, y lógicamente emplear equipos que tengan la capacidad de realizar este tipo de posicionamiento.

El diferencial de código, esta basado en la correlación del código generado por el receptor, con el que llega proveniente de los satélites, en dos o mas receptores que realizan observaciones simultáneas. Como la frecuencia manejada por el código de acceso burdo (C/A) es de 1023 Mhz, la correlación ofrece exactitudes en el posicionamiento de 3 m en promedio, con tiempos de observación de menos de 5 minutos de colección de datos.

El diferencial de portadora, por su parte, utiliza la frecuencia de la portadora original para llevar a cabo la correlación con la réplica generada en el receptor. El resultado es obtener posiciones con exactitudes decimétricas cuando se utiliza la banda L1 (1575 Mhz).

Con la exactitud anterior, los elementos geográficos levantados pueden ser plasmados sobre cartografía a escalas 1:1,000 a 1:10,000, lo que significa que se pueden elaborar mapas donde es importante hacer notar, por ejemplo, elementos de la infraestructura urbana y rural con el contexto geográfico que les rodea.

Los receptores GPS, que generalmente tienen esta capacidad son los denominados "terminales GPS/SIG", ya que además de calcular la posición geográfica de las posiciones por conocer, tienen la habilidad de levantar en campo los atributos descriptivos del elemento geográfico. Los programas asociados con estos equipos permiten definir las base de datos para elementos puntuales, lineales y de tipo poligonal, que serán manipuladas por el SIG.

El levantamiento diferencial exige, el uso de al menos dos receptores que trabajen de manera simultánea, uno de los cuales se encuentre localizado en un puntos de control de exactitud mayor a la que se necesita obtener. El receptor ambulante o móvil, debe ser colocado a un lado del elemento a levantar durante el tiempo que se lleve la captura de la base de datos asociada, es decir de 5 a 20 minutos.

Las "terminales GPS/SIG", requieren de un teclado alfanumérico que les permita capturar cualquier aspecto del elemento geográfico, por los que algunos tipos de equipo cuentan con teclados incorporados al receptor o se valen del uso de computadoras de mano o controladores externos para capturar los atributos estadísticos.

Estos equipos ofrecen la facilidad de levantar puntos con tan solo colocar la antena sobre o a un lado del elemento geográfico, de levantar líneas recorriendo caminando o en algún vehículo al elemento y de levantar polígonos también recorriéndolo con la situación de empezar y terminar sobre el mismo punto para cerrar el polígono. En este sentido, los elementos geográficos que son factibles de levantar utilizando esta tecnología, se refieren a todos aquellos que estuvieran bien definidos a la escala cartografía sobre la cual se pretenden representar, por ejemplo, puentes, válvulas de gas y de hidrocarburos, vías de comunicación, señalamientos de caminos, presas, entre otros.

Para estos receptores, el cálculo de las coordenadas definitivas se realiza en tiempo diferido, es decir en gabinete, una vez que los receptores tanto el base como los móviles descargan su información en las computadoras de la oficina. Programas de corrección diferencial se llevan a cabo, mejorando la exactitud de los puntos de interés en el orden de 30 cm a 3 m con los algoritmos de diferencial de código o de portadora. Las coordenadas corregidas y sus correspondientes bases de datos son exportadas finalmente a programas de SIG, para su manipulación y análisis.

Otra posibilidad del levantamiento diferencial, es el realizado en tiempo real con ayuda de un sistema de comunicación que permita el viaje de la corrección en tiempo real al receptor ambulante que esta haciendo el levantamiento, para aplicaciones que demanden el conocer la coordenada verdadera en el momento de la observación. Los receptores, tanto el base como los ambulantes deben de contar con sistemas de radio comunicación que permitan el intercambio de la corrección al menos cada dos segundos y así se garantice un seguimiento conveniente de las trayectorias realizadas.