נראה כי גירוסקופים מתנהגים בצורה מוזרה מאוד אך מחקר על הפיזיקה הבסיסית שלהם מראה שהם מגיבים לעולם החיצוני בדרכים הגיוניות וצפויות מאוד. המפתח להבנת גירוסקופים הוא הבנת מושג המומנטום הזוויתי. זה דומה למקבילו הליניארי אך עם כמה הבדלים בולטים.
המומנטום הליניארי מובן היטב עבור רוב האנשים. עצם שנע נוטה להמשיך לעשות את זה באותו כיוון ומהירות אלא אם כן פועל עליו כוח חיצוני. כשזה קורה, המהירות או הכיוון משתנים בצורה אינטואיטיבית.
המומנטום הזוויתי דומה אך הווקטור המייצג את כיוונו מיושר לציר הסיבוב. כאשר כוח פועל על עצם מסתובב הוא פועל על הווקטור הזה בדיוק כמו שהיה במקרה ליניארי. ההבדל הוא ששינוי המומנטום שנוצר אינו בכיוון הכוח אלא בזווית ישרה גם לו וגם לווקטור המומנטום.
כל אובייקט מסתובב יקבל מאפיינים גירוסקופיים אך ההשפעה מודגשת אם האובייקט נוצר עם יותר מסה המרוכזת יותר מציר הסיבוב. זה נותן לאובייקט המסתובב יותר תנע זוויתי. עיצובי הג'ירוסקופ היעילים ביותר משתמשים במסה כבדה ומרוכזת יותר המאוזנת סביב נקודת ציר חיכוך נמוכה.
האיכות העיקרית של גירוסקופ היא שהיא יציבה. לאחר שסובב גריו, הוא נוטה להישאר באותה כיוון וכל כוח המופעל בכיוון מחדש של ציר הסיבוב נתקל בכוח התנגדות. זה ידוע בשם שימור המומנטום הזוויתי. בדיוק כמו שמכונית דוהרת נוטה להמשיך בדרכה אלא אם כן כוח מוחץ משנה את המומנטום שלה, סביבון מנסה להמשיך להסתובב כשהציר מכוון לאותו כיוון.
גירוסקופים משמשים באופן נרחב כמכשירים במכשירי התייחסות אינרציאליים. ניתן למצוא אותם במטוסים, טילים ולוויינים. השפעות גירוסקופיות נמצאות גם באובייקטים נפוצים יותר. הם אחראים על יציבותם של אופניים נעים ועל יו-יו מסתובב.
המאפיין הייחודי ביותר של גירוסקופ הוא דיכאון, המעניק למכשיר את יכולתו לכאורה להתריס נגד כוח הכבידה. התנועה שמנוגדת לכל כוח שמנסה ליישר מחדש את ציר הסיבוב מכוונת כך שהג'ירו יישאר זקוף. במקום ליפול מכוח הכבידה, הוא מזכה את עצמו בכך שהוא נע לצדדים.