Um instrumento utilizado para medir a gravidade é conhecido como gravímetro. Para um corpo pequeno, a relatividade geral prevê efeitos gravitacionais indistinguíveis dos efeitos da aceleração pelo princípio da equivalência. Assim, os gravímetros podem ser considerados como acelerómetros de uso especial. Muitas balanças de pesagem podem ser consideradas como simples gravímetros. Numa forma comum, uma mola é utilizada para contrariar a força da gravidade a puxar sobre um objecto. A alteração do comprimento da mola pode ser calibrada à força necessária para equilibrar a força de tracção gravitacional. A medição resultante pode ser feita em unidades de força (como o newton), mas é mais comumente feita em unidades de gals.
P>Pesquisadores usam gravímetros mais sofisticados quando são necessárias medições precisas. Ao medir o campo gravitacional da Terra, são feitas medições à precisão das micro-galas para encontrar variações de densidade nas rochas que compõem a Terra. Existem vários tipos de gravímetros para efectuar estas medições, incluindo alguns que são essencialmente versões refinadas da escala da mola acima descrita. Estas medições são utilizadas para definir anomalias de gravidade.
Besides precisão, a estabilidade é também uma propriedade importante de um gravímetro, uma vez que permite a monitorização de alterações da gravidade. Estas alterações podem ser o resultado de deslocamentos de massa dentro da Terra, ou de movimentos verticais da crosta terrestre sobre a qual estão a ser feitas medições: lembre-se que a gravidade diminui 0,3 mGal por cada metro de altura. O estudo das alterações da gravidade pertence à geodinâmica.
A maioria dos gravímetros modernos utiliza molas de metal ou quartzo de comprimento zero especialmente concebidas para suportar a massa de ensaio. As molas de comprimento zero não seguem a Lei de Hooke, em vez disso têm uma força proporcional ao seu comprimento. A propriedade especial destas molas é que o período de ressonância natural da oscilação do sistema de massa da mola pode ser feito muito longo – aproximando-se dos mil segundos. Isto diminui a massa de ensaio da maioria das vibrações e ruídos mecânicos locais, aumentando a sensibilidade e utilidade do gravímetro. As molas de quartzo e metálicas são escolhidas por diferentes razões; as molas de quartzo são menos afectadas por campos magnéticos e eléctricos, enquanto que as molas metálicas têm um desvio muito menor (alongamento) com o tempo. A massa de ensaio é selada num recipiente hermético para que pequenas alterações da pressão barométrica do vento e outras condições atmosféricas não alterem a flutuabilidade da massa de ensaio no ar.
Gravímetros de mola são, na prática, instrumentos relativos que medem a diferença de gravidade entre diferentes locais. Um instrumento relativo também requer calibração comparando leituras de instrumentos tomadas em locais com valores de gravidade conhecidos completos ou absolutos. Os gravímetros absolutos fornecem tais medições ao determinar a aceleração gravitacional de uma massa de ensaio em vácuo. Uma massa de ensaio pode cair livremente dentro de uma câmara de vácuo e a sua posição é medida com um interferómetro laser e cronometrada com um relógio atómico. O comprimento de onda do laser é conhecido por ±0,025 ppb e o relógio é estável a ±0,03 ppb também. Deve ter-se o maior cuidado em minimizar os efeitos de forças perturbadoras, tais como a resistência do ar residual (mesmo no vácuo), vibração, e forças magnéticas. Tais instrumentos são capazes de uma precisão de cerca de duas partes por bilião ou 0,002 mGal e referenciam as suas medições a padrões atómicos de comprimento e tempo. A sua utilização primária é para calibrar instrumentos relativos, monitorizar deformações da crosta, e em estudos geofísicos que exijam alta precisão e estabilidade. Contudo, os instrumentos absolutos são um pouco maiores e significativamente mais caros do que os gravímetros relativos de mola, sendo assim relativamente raros.
Gravímetros foram concebidos para montar em veículos, incluindo aviões (note-se o campo da aerogravura), navios e submarinos. Estes gravímetros especiais isolam a aceleração do movimento do veículo e subtraem-na das medições. A aceleração dos veículos é frequentemente centenas ou milhares de vezes mais forte do que as mudanças que estão a ser medidas.
Um gravímetro (o Gravímetro de Superfície Lunar) implantado na superfície da lua durante a missão Apollo 17 não funcionou devido a um erro de concepção. Um segundo dispositivo (a Experiência do Gravímetro de Superfície Lunar) funcionou como previsto.