Zdi se, da se žiroskopi obnašajo zelo čudno, vendar študija njihove osnovne fizike kaže, da se na zunanji svet odzivajo zelo logično in predvidljivo. Ključno za razumevanje žiroskopov je razumevanje koncepta kotnega momenta. To je podobno linearnemu dvojniku, vendar z nekaj opaznimi razlikami.
Linearni zagon večina ljudi dobro razume. Predmet, ki se premika, ponavadi to počne v isti smeri in hitrosti, razen če nanj deluje zunanja sila. Ko se to zgodi, se hitrost ali smer spreminjata na intuitiven način.
Kotni moment je podoben, vendar je vektor, ki predstavlja njegovo smer, poravnan z osjo vrtenja. Ko sila deluje na predmet, ki se vrti, deluje na ta vektor tako kot v linearnem primeru. Razlika je v tem, da posledična sprememba giba ni v smeri sile, temveč pod pravim kotom nanjo in na vektor giba.
Vsak predmet, ki se vrti, bo dobil žiroskopske lastnosti, učinek pa se poudari, če je predmet narejen z večjo maso, ki je koncentrirana naprej od osi vrtenja. To daje predmetu, ki se vrti, večji kotni zagon. Najučinkovitejši modeli žiroskopov uporabljajo težjo in bolj koncentrirano maso, ki je uravnotežena glede na vrtilno točko z majhnim trenjem.
Glavna kvaliteta žiroskopa je ta, da je stabilen. Ko se gryo zavrti, ponavadi ostane v isti smeri in vsaka sila, ki se uporabi za preusmeritev osi vrtenja, ima uporovno silo. To je znano kot ohranjanje kotnega momenta. Tako kot hitri avto ponavadi nadaljuje svojo pot, razen če velika sila spremeni svoj zagon, se vrtalec poskuša še naprej vrteti z osjo, usmerjeno v isto smer.
Žiroskopi se pogosto uporabljajo kot instrumenti v inercialnih referenčnih napravah. Najdemo jih v letalih, raketah in satelitih. Žiroskopski učinki najdemo tudi v bolj pogostih predmetih. Odgovorni so za stabilnost kolesa, ki se premika, in jo-jo, ki se vrti.
Najbolj edinstvena značilnost žiroskopa je precesija, ki napravi daje navidezno sposobnost, da kljubuje gravitaciji. Gibanje, ki deluje proti kakršni koli sili, ki poskuša preusmeriti os osi, je usmerjeno tako, da žiroskop ostane pokonci. Namesto da bi padel pred gravitacijsko silo, se uredi s premikanjem vstran.