질량이 큰 물체의 고속회전에 의한 힘으로 기준 방향 각도를 유지하는 장치. 뉴턴의 제3법칙의 특수형을 응용한다.

급속히 회전하는 무거운 물체는 외력에 저항하고 토크와 직각방향으로 천천히 회전하는 세차운동(歲差運動)을 통해 외력에 반응한다.

관성 바퀴(flywheel)를 마찰이 적고 서로 수직인 3개의 축으로 지지하고, 관성바퀴의 회전축이 자유롭게 공간 내의 임의의 방향을 취할 수 있도록 되어 있다.

[그림]의 (a)는 전기적으로 관성바퀴의 회전을 계속 구동하도록 고안된 것이다.

[그림]의 (b)는 자이로스코프를 응용한 자이로컴퍼스인데, 관성바퀴 R의 축은 안쪽의 고리에 달린 추w 때문에 항상 수평으로 유지되며 XX’축의 방위는 윗면에 부착된 나침판 M으로 읽을 수 있다.

관성바퀴의 축은 YY’와 ZZ’ 축 둘레로 회전하고 어떤 방향으로도 향할 수 있다.

지구의 임의의 지점에서 관성바퀴를 고속회전시키면 지구의 자전으로 인해 XX’축은 약간씩 회전하고 약 24시간이 걸려 남북을 가리키며, 그 후 계속 남북방향을 유지하므로 배나 항공기의 나침의로 이용된다.

일반적으로 자이로스코프에서는 모멘트가 관성바퀴의 각운동량 벡터 L의 방향(XX’)에 수직으로 N의 짝힘을 미칠 때, L의 머리는 외력의 방향과 수직인 방향(N의 방향)으로 작용한다.

이 경우, 벡터 L의 이동 각속도는 짝힘의 크기에 비례하고 관성바퀴의 관성 모멘트와 각속도에 반비례한다.

따라서 관성바퀴는 세차운동을 한다.