Zdá sa, že gyroskopy sa správajú veľmi zvláštne, ale štúdia ich základnej fyziky ukazuje, že reagujú na vonkajší svet veľmi logickými a predvídateľnými spôsobmi. Kľúčom k pochopeniu gyroskopov je pochopenie konceptu momentu hybnosti. Je to podobné ako jeho lineárny náprotivok, ale s niektorými pozoruhodnými rozdielmi.
Väčšina ľudí dobre rozumie lineárnemu momentu. Predmet, ktorý sa pohybuje, má tendenciu robiť to stále rovnakým smerom a rýchlosťou, pokiaľ na neho nepôsobí vonkajšia sila. Ak sa to stane, rýchlosť alebo smer sa zmení intuitívne.
Moment hybnosti je podobný, ale vektor predstavujúci jeho smer je zarovnaný s osou rotácie. Keď sila pôsobí na rotujúci objekt, pôsobí na tento vektor rovnako ako v lineárnom prípade. Rozdiel je v tom, že výsledná zmena hybnosti nie je v smere sily, ale v pravom uhle k nej aj k vektoru hybnosti.
Akýkoľvek rotujúci objekt nadobudne gyroskopické charakteristiky, ale efekt sa zvýrazní, ak je objekt vyrobený s väčšou hmotou, ktorá je koncentrovaná ďalej od osi rotácie. To dáva rotujúcemu objektu väčší moment hybnosti. Najefektívnejšie konštrukcie gyroskopov používajú ťažšiu a koncentrovanejšiu hmotu, ktorá je vyvážená okolo bodu otáčania s nízkym trením.
Primárna kvalita gyroskopu je to, že je stabilný. Akonáhle sa gryo otočí, má tendenciu zostať v rovnakej orientácii a akákoľvek sila použitá na preorientovanie osi rotácie sa stretne s odporovou silou. Toto sa nazýva konzervácia momentu hybnosti. Rovnako ako uháňajúci automobil má tendenciu pokračovať vo svojej ceste, pokiaľ drvivá sila nezmení svoju hybnú silu, vretenica sa snaží pokračovať v rotácii so svojou osou orientovanou v rovnakom smere.
Gyroskopy sa vo veľkej miere používajú ako prístroje v inerciálnych referenčných zariadeniach. Môžu sa nachádzať v lietadlách, raketách a satelitoch. Gyroskopické efekty sa nachádzajú aj v bežných objektoch. Sú zodpovedné za stabilitu pohybujúceho sa bicykla a točivého jo-jo.
Najunikátnejšou charakteristikou gyroskopu je precesia, ktorá dáva zariadeniu zjavnú schopnosť vzdorovať gravitácii. Pohyb, ktorý pôsobí proti akejkoľvek sile, ktorá sa pokúša vyrovnať os otáčania, je nasmerovaný tak, aby gyroskop zostal vzpriamený. Namiesto toho, aby spadol z gravitačnej sily, spraví si právo pohybom do strany.