On peut facilement calculer la déclinaison et les autres composantes du champ géomagnétique en utilisant les modèles de référence du champ magnétique. Un modèle de référence du champ est un algorithme mathématique dont les paramètres proviennent d'une analyse des observations magnétiques sur l'ensemble du globe ou une partie seulement. Les modèles planétaires sont souvent basés sur l'analyse par harmoniques sphériques. Le Champ géomagnétique international de référence (IGRF) et le Modèle magnétique mondial (WMM) sont les deux modèles les plus utilisés pour la navigation. Normalement, ces modèles sont révisés à tous les cinq ans. Leur dernière révision remonte à 2000 et ils sont valides jusqu'en 2005. Le Champ géomagnétique de référence du Canada (CGRF) couvre le Canada. Il a été produit à partir de données recueillies sur une grille plus fine que celle utilisée pour le Champ géomagnétique international de référence et, parce que l'analyse a été effectuée sur une plus petite région, il peut reproduire des variations spatiales plus fines du champ magnétique. La dernière version du Champ géomagnétique de référence du Canada remonte également à 2000 et est valide jusqu'en 2005.

Puisque les modèles du champ magnétique, comme l'IGRF et le CGRF sont approximés à partir de l'ensemble des données observées, on doit s'attendre à ce que la valeur de la déclinaison calculée pour un point avec l'un ou l'autre diffère légèrement de la valeur « réelle ». On s'entend généralement pour dire que la précision générale de l'IGRF est meilleure que 1^o pour la déclinaison, toutefois il est plus précis dans des régions densément mesurées comme l'Europe ou l'Amérique du Nord, et moins précis dans les océans, notamment le Pacifique Sud. Dans le sud du Canada, la précision du CGRF est d'environ 0,5E. La précision de tous les modèles diminue dans l'Arctique, près du pôle nord magnétique.

On utilise les modèles de champ magnétique pour calculer la déclinaison magnétique, à l'aide de programmes comme le calculateur de déclinaison magnétique (également appelé Programme d'extraction de données magnétiques), un logiciel produit par le programme de géomagnétisme de la Commission géologique du Canada. Après que l'utilisateur ait entré l'année, ainsi que la latitude et la longitude d'un point, le programme calcule la déclinaison. Le programme fait ses calculs pour tout point sur la Terre, pour tout temps entre 1960 et 2005. Il utilise le CGRF pour les valeurs du champ magnétique au Canada, et l'IGRF pour celles ailleurs sur la planète. Deux versions sont disponibles en ligne : une pour le calcul de la déclinaison, l'autre pour toutes les composantes du champ magnétique.

En 1838, le mathématicien, astronome et physicien Carl Friedrich Gauss (1777-1855) a créé une méthode de représentation du champ magnétique, sous la forme d'une série convergente dont chacun des termes sont des fonctions de la latitude, la longitude et la distance radiale à partir du centre de la Terre. En notation moderne, on représente cette série comme :

où

Les sont des polynômes de Legendre associées, lesquelles ressemblent beaucoup à des ondes sinusoïdales distordues. Les et sont des coefficients de Gauss, que l'on peut calculer à partir d'une analyse des moindres carrés de données magnétiques recueillies sur l'ensemble de la planète.

En théorie, la série se poursuit infiniment mais, en pratique, on limite le développement à un degré maximum, Nmax, choisi pour que la série reproduise le champ observé avec la résolution et la précision voulues. Par exemple, Nmax = 10 pour l'IGRF. Simuler le champ produit dans le noyau terrestre exige Nmax = 15. Reproduire les anomalies de la croûte terrestre mises en évidence par les données magnétiques captées par les satellites exige le prolongement de la série jusqu'à Nmax = 80.

On peut calculer les composantes du champ magnétique (X, Y et Z), en dérivant le potentiel scalaire :