Żyroskopy mogą wydawać się zachowywać w bardzo dziwny sposób, ale badanie fizyki leżącej u ich podstaw pokazuje, że reagują na świat zewnętrzny w bardzo logiczny i przewidywalny sposób. Kluczem do zrozumienia żyroskopów jest zrozumienie pojęcia momentu pędu. Jest to podobne do swojego liniowego odpowiednika, ale z pewnymi znaczącymi różnicami.
Pęd liniowy jest dobrze rozumiany przez większość ludzi. Obiekt, który się porusza, ma tendencję do robienia tego w tym samym kierunku i prędkości, chyba że działa na niego siła zewnętrzna. Kiedy tak się dzieje, intuicyjnie zmienia się prędkość lub kierunek.
Moment pędu jest podobny, ale wektor reprezentujący jego kierunek jest zgodny z osią obrotu. Kiedy siła działa na wirujący obiekt, działa na ten wektor, tak jak w przypadku liniowym. Różnica polega na tym, że wynikowa zmiana pędu nie jest w kierunku siły, ale pod kątem prostym zarówno do niej, jak i do wektora pędu.
Każdy wirujący obiekt nabierze cech żyroskopowych, ale efekt jest uwydatniony, jeśli obiekt ma większą masę, która jest skoncentrowana dalej od osi obrotu. Daje to wirującemu obiektowi większy moment pędu. Najbardziej wydajne konstrukcje żyroskopów wykorzystują cięższą i bardziej skoncentrowaną masę, która jest zrównoważona wokół punktu obrotu o niskim współczynniku tarcia.
Podstawową cechą żyroskopu jest to, że jest stabilny. Gdy gryo zostanie obrócony, ma tendencję do pozostawania w tej samej orientacji, a każda siła przyłożona do zmiany orientacji osi obrotu napotyka na siłę oporu. Nazywa się to zachowaniem momentu pędu. Tak jak pędzący samochód ma tendencję do kontynuowania swojej ścieżki, chyba że przytłaczająca siła zmienia jego pęd, tak wirujący bączek próbuje dalej kręcić się z osią zorientowaną w tym samym kierunku.
Żyroskopy są szeroko stosowane jako instrumenty w inercyjnych urządzeniach referencyjnych. Można je znaleźć w samolotach, rakietach i satelitach. Efekty żyroskopowe występują również w bardziej powszechnych obiektach. Odpowiadają za stabilność poruszającego się roweru oraz kręcące się jojo.
Najbardziej unikalną cechą żyroskopu jest precesja, która nadaje urządzeniu pozorną zdolność przeciwstawiania się grawitacji. Ruch, który przeciwdziała każdej sile, która próbuje wyrównać oś obrotu, jest skierowany tak, aby żyroskop pozostał w pozycji pionowej. Zamiast przewrócić się pod wpływem siły grawitacji, naprawia się, poruszając się na boki.