Uno strumento usato per misurare la gravità è noto come gravimetro. Per un corpo piccolo, la relatività generale predice effetti gravitazionali indistinguibili dagli effetti dell’accelerazione per il principio di equivalenza. Pertanto, i gravimetri possono essere considerati come accelerometri per scopi speciali. Molte bilance possono essere considerate come semplici gravimetri. In una forma comune, una molla è usata per contrastare la forza di gravità che tira su un oggetto. La variazione di lunghezza della molla può essere calibrata sulla forza richiesta per bilanciare l’attrazione gravitazionale. La misura risultante può essere fatta in unità di forza (come il newton), ma è più comunemente fatta in unità di gals.

I ricercatori usano gravimetri più sofisticati quando sono necessarie misure precise. Quando si misura il campo gravitazionale della Terra, le misurazioni vengono effettuate con la precisione di microgal per trovare le variazioni di densità nelle rocce che compongono la Terra. Esistono diversi tipi di gravimetri per effettuare queste misure, compresi alcuni che sono essenzialmente versioni raffinate della scala a molla descritta sopra. Queste misure sono utilizzate per definire le anomalie di gravità.

Oltre alla precisione, la stabilità è anche una proprietà importante di un gravimetro, in quanto permette di monitorare i cambiamenti di gravità. Questi cambiamenti possono essere il risultato di spostamenti di massa all’interno della Terra, o di movimenti verticali della crosta terrestre su cui si effettuano le misure: ricordiamo che la gravità diminuisce di 0,3 mGal per ogni metro di altezza. Lo studio dei cambiamenti di gravità appartiene alla geodinamica.

La maggior parte dei gravimetri moderni utilizza molle a lunghezza zero in metallo o quarzo appositamente progettate per sostenere la massa di prova. Le molle a lunghezza zero non seguono la legge di Hooke, ma hanno una forza proporzionale alla loro lunghezza. La proprietà speciale di queste molle è che il periodo di risonanza naturale di oscillazione del sistema molla-massa può essere reso molto lungo – avvicinandosi a mille secondi. Questo distacca la massa di prova dalla maggior parte delle vibrazioni locali e dal rumore meccanico, aumentando la sensibilità e l’utilità del gravimetro. Le molle di quarzo e di metallo sono scelte per ragioni diverse; le molle di quarzo sono meno influenzate dai campi magnetici ed elettrici mentre le molle di metallo hanno una deriva (allungamento) molto più bassa nel tempo. La massa di prova è sigillata in un contenitore a tenuta d’aria in modo che i piccoli cambiamenti di pressione barometrica dovuti al vento e ad altre condizioni atmosferiche non cambino la galleggiabilità della massa di prova nell’aria.

I gravimetri a molla sono, in pratica, strumenti relativi che misurano la differenza di gravità tra luoghi diversi. Uno strumento relativo richiede anche la calibrazione confrontando le letture dello strumento prese in luoghi con valori di gravità completi o assoluti noti. I gravimetri assoluti forniscono tali misure determinando l’accelerazione gravitazionale di una massa di prova nel vuoto. Una massa di prova è lasciata cadere liberamente all’interno di una camera a vuoto e la sua posizione è misurata con un interferometro laser e cronometrata con un orologio atomico. La lunghezza d’onda del laser è nota a ±0,025 ppb e anche l’orologio è stabile a ±0,03 ppb. Grande attenzione deve essere presa per minimizzare gli effetti delle forze perturbatrici come la resistenza residua dell’aria (anche nel vuoto), le vibrazioni e le forze magnetiche. Tali strumenti sono capaci di una precisione di circa due parti per miliardo o 0,002 mGal e riferiscono la loro misura a standard atomici di lunghezza e tempo. Il loro uso primario è per la calibrazione di strumenti relativi, il monitoraggio della deformazione crostale, e in studi geofisici che richiedono alta precisione e stabilità. Tuttavia, gli strumenti assoluti sono un po’ più grandi e significativamente più costosi dei gravimetri relativi a molla, e sono quindi relativamente rari.

I gravimetri sono stati progettati per essere montati in veicoli, compresi gli aerei (nota il campo dell’aerogravità), navi e sottomarini. Questi gravimetri speciali isolano l’accelerazione dal movimento del veicolo e la sottraggono dalle misurazioni. L’accelerazione dei veicoli è spesso centinaia o migliaia di volte più forte dei cambiamenti che vengono misurati.

Un gravimetro (il Lunar Surface Gravimeter) distribuito sulla superficie della luna durante la missione Apollo 17 non ha funzionato a causa di un errore di progettazione. Un secondo dispositivo (il Traverse Gravimeter Experiment) ha funzionato come previsto.