Kiedy pierwszy satelita znajduje się nad rejonem nieco silniejszej grawitacji (czyli anomalii grawitacyjnej), wtedy przemieszcza się nieco względem drugiego satelity. Powoduje to zmianę odległości pomiędzy nimi. Następnie pierwszy satelita przelatuje nad anomalią grawitacyjną i zwalnia, w tym czasie drugi satelita przyśpiesza i zwalnia nad tym samym punktem Ziemi. Używając pomiarów odległości pomiędzy satelitami oraz znając precyzyjną pozycję z GPS-u badacze są w stanie odtworzyć dokładną mapę anomalii grawitacji Ziemi.
Pomiary oceanograficzne Ponieważ GRACE mierzy anomalie grawitacyjne, które są związane z redystrybucją masy, to nad oceanami daje to informacje na temat ciśnienia na jego dnie (za pomocą równania hydrostatyki). W oceanie lokalna redystrybucja masy w kolumnie oceanicznej związana jest z dwoma efektami: zmianami poziomu morza oraz zmianami gęstości wody. Jednak tzw. składowa steryczna (ang. steric height) zmian powierzchni oceanu, czyli ściśnięcie lub rozszerzenie kolumny wody, prowadzi wprawdzie do zmiany poziomu powierzchni oceanu, ale nie powoduje zmiany anomalii grawitacyjnej i ciśnienia na dnie oceanu i nie jest obserwowane przez misję GRACE.