Phần thấp hơn của tầng điện ly là tầng đối lưu, nú cú độ dày khoảng 50 km và bao quanh trỏi đất bao gồm cỏc khớ khụ và hơi nước làm kộo dài đường truyền do sự khỳc xạ (nh 18). Mức độ trễ tớn hiệu phụ thuộc vào hệ và thụng thường biến thiờn trong khoảng 2,5 m lỳc cực tiểu và từ 10-15 m tại những vị trớ vệ tinh cú gúc nõng thấp. Tầng đối lưu khụng bị phõn tỏn tại tần số của tớn hiệu GPS, do đú những trễ đú khụng phụ thuộc vào tần số. Đối chiếu với tầng điện ly, trễ đường truyền tầng đối lưu tương tự cho mó và cỏc thành phần tớn hiệu súng mang. Do đú, trễ cũng khụng thể đo được bởi việc dựng đo cả hai sóng mang L1 và L2. Sai số này cũng được khắc phục bằng cỏch sử dụng GPS vi phõn hay DGPS (sẽ giới thiệu sau).
Hệ số khỳc xạ của tầng đối lưu gõy ra bởi thành phần khớ khụ và thành phần hơi nước, chỳng lần lượt tạo ra khoảng 90% và 10% trong tổng sai số do tầng đối lưu gõy lờn. Biết được nhiệt độ, ỏp suất và độ ẩm dọc theo đường truyền cú thể xỏc định được tớnh chất khúc xạ, nhưng những phộp đo hiếm khi cú giỏ trị với người sử dụng. Tuy nhiờn việc sử dụng mụ hỡnh khớ quyển tiờu chuẩn
cho trễ của khớ khụ cho phộp việc xỏc định trễ cực điểm trong khoảng 0.5 m và một sai số tại cỏc gúc nõng khỏc xấp xỉ bằng lỗi cực điểm nhõn với cosec của gúc nõng. Những mụ hỡnh khớ quyển tiờu chuẩn này được dựa trờn những quy định của quan điểm về khớ và thừa nhận rằng tớnh khỳc xạ của lớp khớ quyển hỡnh cầu là bất biến ngay cả khi mật độ điện tử trong tầng này biến thiờn theo thời gian. Sự ước lượng của trễ khớ khụ cú thể được cải thiện đỏng kể nếu ta đo được ỏp lực bề mặt và nhiệt độ trung bỡnh của lớp khớ này, điều đú dẫn đến việc giảm lỗi xuống cũn khoảng 2-5% trong tổng lỗi tầng này gõy lờn.
Thành phần trễ tầng đối lưu do hơi nước (độ cao so với mặt biển khoảng 12 km), điều khú khăn hơn là bởi vỡ cú một lớp khụng khớ đỏng kể và sự biến đổi theo thời gian của hơi nước trong khớ quyển. Rất may, trễ này chỉ chiếm khoảng 10% trong tổng số trễ do tầng đối lưu gõy ra, với giỏ trị sai số 5-30 cm Nếu khụng tớnh đến sự biến thiờn của nú cú thể giảm xuống 2-5 cm.
Trong thực tiễn, một mụ hỡnh của khớ quyển chuẩn tại vị trớ ăng ten cú thể được sử dụng để ước lượng trễ cực điểm kết hợp cho cả thành phần độ ẩm và khụ. Trễ được được làm mẫu nh trễ cực điểm bị tăng lờn do một nhõn tố mà nú là một hàm số của gúc nõng của vệ tinh. Tại cực điểm, nhõn tố này là đồng nhất, và nú tăng cựng với sự giảm của gúc nõng khi mà độ dài của đường truyền qua tầng đối lưu tăng lờn. Giỏ trị đặc trưng của nhõn tố nhõn là 2m ở gúc nõng 300, bằng 4m ở 150, 6m ở 100 và bằng 10 ở 50. Độ chớnh xỏc của việc làm giảm sai số theo mụ hỡnh hoỏ tại những gúc nõng thấp, sai số cực điểm chỉ cũn 1m tại gúc nõng 10o. Ngày nay, nhiều nghiờn cứu đi vào sự phỏt triển và kiểm tra những mụ hỡnh tầng đối lưu khỏc nhau.
Mặc dự một mỏy thu GPS khụng thể đo lỗi bằng mó giả khoảng cỏch ngẫu nhiờn do tầng đối lưu gõy lờn, nhưng việc ứng dụng GPS vi phõn (DGPS) cú thể luụn làm giảm lỗi tới giỏ trị nhỏ nhất bằng việc tận dụng thuận lợi của tương
quan của tầng đối lưu trờn bề mặt trỏi đất ở hai điểm trong vũng khoảng 100 – 200 km.