Przyrząd służący do pomiaru grawitacji znany jest jako grawimetr. Dla małego ciała ogólna teoria względności przewiduje efekty grawitacyjne nieodróżnialne od efektów przyspieszenia na podstawie zasady równoważności. Grawimetry można zatem uznać za akcelerometry specjalnego przeznaczenia. Wiele wag może być uważanych za proste grawimetry. W jednej z popularnych form do przeciwdziałania sile grawitacji ciążącej na obiekcie wykorzystuje się sprężynę. Zmiana długości sprężyny może być skalibrowana do siły wymaganej do zrównoważenia przyciągania grawitacyjnego. Wynikowy pomiar może być dokonany w jednostkach siły (takich jak newton), ale częściej jest dokonywany w jednostkach gali.
Badacze używają bardziej wyrafinowanych grawimetrów, gdy potrzebne są precyzyjne pomiary. Podczas pomiaru pola grawitacyjnego Ziemi, pomiary są wykonywane z dokładnością do mikrogali, aby znaleźć zmiany gęstości skał tworzących Ziemię. Istnieje kilka rodzajów grawimetrów do wykonywania takich pomiarów, w tym kilka, które są w zasadzie udoskonalonymi wersjami opisanej powyżej wagi sprężynowej. Pomiary te są wykorzystywane do definiowania anomalii grawitacyjnych.
Prócz precyzji, stabilność jest również ważną właściwością grawimetru, ponieważ pozwala na monitorowanie zmian grawitacji. Zmiany te mogą być wynikiem przemieszczeń masy wewnątrz Ziemi lub pionowych ruchów skorupy ziemskiej, na której dokonywane są pomiary: pamiętajmy, że grawitacja zmniejsza się o 0,3 mGal na każdy metr wysokości. Badanie zmian grawitacyjnych należy do geodynamiki.
Większość nowoczesnych grawimetrów wykorzystuje specjalnie zaprojektowane metalowe lub kwarcowe sprężyny o zerowej długości do podtrzymywania masy testowej. Sprężyny o zerowej długości nie działają zgodnie z prawem Hooke’a, zamiast tego mają siłę proporcjonalną do ich długości. Szczególną właściwością tych sprężyn jest to, że naturalny okres rezonansowy oscylacji układu sprężyna-masa może być bardzo długi – zbliżający się do tysiąca sekund. Dzięki temu masa testowa zostaje odizolowana od większości lokalnych wibracji i szumów mechanicznych, co zwiększa czułość i użyteczność grawimetru. Sprężyny kwarcowe i metalowe są wybierane z różnych powodów; sprężyny kwarcowe są mniej podatne na wpływ pól magnetycznych i elektrycznych, podczas gdy sprężyny metalowe mają znacznie mniejszy dryf (wydłużenie) w czasie. Masa testowa jest zamknięta w hermetycznym pojemniku, tak aby niewielkie zmiany ciśnienia barometrycznego spowodowane wiejącym wiatrem i innymi czynnikami atmosferycznymi nie powodowały zmiany pływalności masy testowej w powietrzu.
Grawimetry sprężynowe są w praktyce przyrządami względnymi, mierzącymi różnicę w sile ciężkości pomiędzy różnymi miejscami. Względny przyrząd wymaga również kalibracji poprzez porównanie odczytów z miejsc o znanych całkowitych lub bezwzględnych wartościach siły ciężkości. Grawimetry absolutne zapewniają takie pomiary poprzez wyznaczenie przyspieszenia grawitacyjnego masy testowej w próżni. Masa testowa może swobodnie opadać wewnątrz komory próżniowej, a jej położenie jest mierzone za pomocą interferometru laserowego i odmierzane za pomocą zegara atomowego. Długość fali lasera jest znana z dokładnością do ±0,025 ppb, a zegar jest stabilny z dokładnością do ±0,03 ppb. Należy bardzo uważać, aby zminimalizować wpływ sił zakłócających, takich jak opór powietrza (nawet w próżni), wibracje i siły magnetyczne. Takie instrumenty są w stanie osiągnąć dokładność około dwóch części na miliard lub 0.002 mGal i odnoszą swoje pomiary do atomowych wzorców długości i czasu. Ich głównym zastosowaniem jest kalibracja instrumentów względnych, monitorowanie deformacji skorupy ziemskiej oraz w badaniach geofizycznych wymagających wysokiej dokładności i stabilności. Jednak instrumenty absolutne są nieco większe i znacznie droższe od względnych grawimetrów sprężynowych, dlatego są stosunkowo rzadkie.
Grawimetry zostały zaprojektowane do montażu w pojazdach, w tym w samolotach (uwaga na pole aerograwitacji), statkach i łodziach podwodnych. Te specjalne grawimetry izolują przyspieszenie od ruchu pojazdu i odejmują je od pomiarów. Przyspieszenie pojazdów jest często setki lub tysiące razy silniejsze niż zmiany, które są mierzone.
Grawimetr (Lunar Surface Gravimeter) rozmieszczony na powierzchni Księżyca podczas misji Apollo 17 nie zadziałał z powodu błędu konstrukcyjnego. Drugie urządzenie (Traverse Gravimeter Experiment) zadziałało zgodnie z przewidywaniami.