Gyroskoper kan synes at opføre sig på en meget mærkelig måde, men en undersøgelse af deres underliggende fysik viser, at de reagerer på den ydre verden på meget logiske og forudsigelige måder. Nøglen til forståelse af gyroskoper er forståelse af begrebet vinkelmoment. Dette svarer til dets lineære modstykke, men med nogle bemærkelsesværdige forskelle.
Lineært momentum er godt forstået af de fleste mennesker. Et objekt, der bevæger sig, har en tendens til at fortsætte med at gøre det i samme retning og hastighed, medmindre det påvirkes af en ekstern styrke. Når dette sker, ændres hastighed eller retning på en intuitiv måde.
Vinkelmomentet er ens, men vektoren, der repræsenterer dets retning, er justeret med spinaksen. Når en kraft virker på et roterende objekt, virker den på denne vektor, ligesom det ville være i et lineært tilfælde. Forskellen er, at den resulterende momentumændring ikke er i retning af kraften, men vinkelret på både den og momentumvektoren.
Ethvert spindende objekt får gyroskopiske egenskaber, men effekten forstærkes, hvis objektet er lavet med mere masse, der er koncentreret længere væk fra centrifugeringsaksen. Dette giver det roterende objekt mere vinkelmoment. De mest effektive gyroskopdesign bruger en tungere og mere koncentreret masse, der er afbalanceret omkring et svingpunkt med lav friktion.
Den primære kvalitet af et gyroskop er, at det er stabilt. Når en gryo er centrifugeret, har den en tendens til at forblive i den samme retning, og enhver kraft, der påføres for at omlægge spinaksen, bliver mødt med en modstandskraft. Dette er kendt som bevarelse af vinkelmoment. Ligesom en hurtig bil har en tendens til at fortsætte på sin sti, medmindre en overvældende kraft ændrer momentum, forsøger en snurrende top at fortsætte med at dreje med sin akse orienteret i samme retning.
Gyroskoper anvendes i vid udstrækning som instrumenter i inertiale referencenheder. De findes i fly, missiler og satellitter. Gyroskopiske effekter findes også i mere almindelige objekter. De er ansvarlige for stabiliteten af en bevægelig cykel og en spindende yo-yo.
Det mest unikke kendetegn ved et gyroskop er præcession, som giver enheden sin tilsyneladende evne til at udfordre tyngdekraften. Bevægelsen, der modvirker enhver kraft, der forsøger at justere spin-aksen, er rettet, så gyroen forbliver oprejst. I stedet for at falde over fra tyngdekraften, giver det sig ret ved at bevæge sig sidelæns.