แผนภาพความสัมพันธ์ระหว่างพิกัดเชิงขั้วและพิกัดคาร์ทีเซียน

ค่าของพิกัดเชิงขั้ว r และ θ สามารถแปลงเป็นพิกัดคาร์ทีเซียน x and y โดยใช้ฟังก์ชันตรีโกณมิติไซน์และโคไซน์:

x = r cos ⁡ θ {\displaystyle x=r\cos \theta \,} y = r sin ⁡ θ {\displaystyle y=r\sin \theta \,}

ขณะที่ค่าของพิกัดคาร์ทีเซียน x และ y ก็สามารถแปลงเป็นพิกัดเชิงขั้ว r โดย

r = y 2 + x 2 {\displaystyle r={\sqrt {y^{2}+x^{2}}}\quad } (ตามทฤษฎีบทพีทาโกรัส) และ θ = { 0 if  x = 0  and  y = 0 arcsin ⁡ ( y r ) if  x ≥ 0 − arcsin ⁡ ( y r ) + π if  x < 0 {\displaystyle \theta ={\begin{cases}0&{\mbox{if }}x=0{\mbox{ and }}y=0\\\arcsin({\frac {y}{r}})&{\mbox{if }}x\geq 0\\-\arcsin({\frac {y}{r}})+\pi &{\mbox{if }}x<0\\\end{cases}}}

ทุกสูตรเหล่านี้สมมุติว่าขั้วคือจุดกำเนิดคาร์ทีเซียน (0,0) แกนเชิงขั้วคือแกนคาร์ทีเซียน x และทิศทางของแกนคาร์ทีเซียน y มีแอซิมัท +π/2 rad = +90° (แทนที่ −π/2) ฟังก์ชันอาร์กไซน์คือส่วนกลับของฟังก์ชันไซน์ซึ่งสมมุติแทนที่ด้วยมุมในพิสัย [−π/2,+π/2] = [−90°,+90°]

สูตรสำหรับ θ นอกเหนือจากการแทนที่ด้วยมุมในพิสัย [-π/2,+3π/2) = [−90°,+270°)

θ ในช่วง [0, 2π) อาจใช้

θ = { arctan ⁡ ( y x ) if  x > 0  and  y ≥ 0 arctan ⁡ ( y x ) + 2 π if  x > 0  and  y < 0 arctan ⁡ ( y x ) + π if  x < 0 π 2 if  x = 0  and  y > 0 3 π 2 if  x = 0  and  y < 0 0 if  x = 0  and  y = 0 {\displaystyle \theta ={\begin{cases}\arctan({\frac {y}{x}})&{\mbox{if }}x>0{\mbox{ and }}y\geq 0\\\arctan({\frac {y}{x}})+2\pi &{\mbox{if }}x>0{\mbox{ and }}y<0\\\arctan({\frac {y}{x}})+\pi &{\mbox{if }}x<0\\{\frac {\pi }{2}}&{\mbox{if }}x=0{\mbox{ and }}y>0\\{\frac {3\pi }{2}}&{\mbox{if }}x=0{\mbox{ and }}y<0\\0&{\mbox{if }}x=0{\mbox{ and }}y=0\end{cases}}}

ฟังก์ชันอาร์กแทนเป็นส่วนกลับของฟังก์ชันแทนเจนต์ซึ่งสมมุติแทนที่ด้วยมุมในพิสัย (−π/2,+π/2) = (−90°,+90°)

θ ในช่วง (−π, π] อาจใช้[14]

θ = { arctan ⁡ ( y x ) if  x > 0 arctan ⁡ ( y x ) + π if  x < 0  and  y ≥ 0 arctan ⁡ ( y x ) − π if  x < 0  and  y < 0 π 2 if  x = 0  and  y > 0 − π 2 if  x = 0  and  y < 0 0 if  x = 0  and  y = 0 {\displaystyle \theta ={\begin{cases}\arctan({\frac {y}{x}})&{\mbox{if }}x>0\\\arctan({\frac {y}{x}})+\pi &{\mbox{if }}x<0{\mbox{ and }}y\geq 0\\\arctan({\frac {y}{x}})-\pi &{\mbox{if }}x<0{\mbox{ and }}y<0\\{\frac {\pi }{2}}&{\mbox{if }}x=0{\mbox{ and }}y>0\\-{\frac {\pi }{2}}&{\mbox{if }}x=0{\mbox{ and }}y<0\\0&{\mbox{if }}x=0{\mbox{ and }}y=0\end{cases}}}

ในภาษาโปรแกรมสมัยใหม่มีฟังก์ชันที่จะคำนวณหาพิกัดมุม θ เพียงให้ค่า x และ y โดยไม่ต้องให้อะไรเพิ่มเติม เช่น ฟังก์ชัน atan2 (y,x) ในภาษาซี และ atan (y,x) ในคอมมอน ลิซ์ป (Common Lisp) ในทั้งสองกรณีนั้น ผลที่ได้เป็นมุมในเรเดียนในพิสัย (−π, π]