La représentation la plus usuelle d'un référentiel est le référentiel cartésien (Oxyz). Il s'agit d'un système de trois axes orthogonaux (X, Y et Z) définis en un point O arbitrairement choisi (origine du repère). On le nomme aussi repère Oxyz.
Il permet de repérer n'importe quel point ou objet dans l'espace à partir de ses coordonnées (x, y, z) et décrire son mouvement.
Parmi l'infinité des référentiels existants, les plus utilisés sont :
On distingue les référentiels galiléens (ou inertiels) des référentiels non galiléens (ou non inertiels).
Dans un référentiel galiléen, le principe d'inertie s'applique : un corps qui ne subit aucune force est immobile ou en translation rectiligne et uniforme. Autrement dit, le référentiel n'est pas lui-même accéléré (il n'accélère pas, ne freine pas, ne tourne pas, etc.).
Pour l'étude du mouvement d'un corps localement et sur une durée de quelques secondes, le référentiel du laboratoire peut être considéré en première approximation comme inertiel.