日常生活中我们可感觉到重力的存在和大的重力变化。如物体的重量，游乐场的过山车项目中，游客可明显感受到失重。但要定量比较两地之间重力的差异，需采用专门的重力仪器进行重力观测。
重力观测就是去测定观测点处的重力场强度，分绝对重力测量和相对重力测量。绝对重力测量就是直接测量出观测点处的重力场强度，而相对重力测量是测量观测点与另一点间重力场强度的差值。
8.1.1 绝对重力测量
1590年，意大利物理学家伽利略（Galileo）在著名的比萨斜塔进行同时降落两个重量不同的铅球实验，这两个铅球同时到达地面的事实证实了物体下落的速度与物体重量无关。实验表明物体下落不是等速度的，而是越来越快，即物体下落时具有加速度。伽利略还利用球体在斜面上滚动的实验给出重力加速度的粗略数值为9.8m/s2。
荷兰物理学家惠更斯（L.Huygens）发现了摆的周期表达式：
式中，T为周期；I为摆长；g为重力加速度。
测量技术的进一步发展解决了时间精度、长度精度、悬挂点的摩擦、周围空气阻力、摆身弹性弯曲、摆架共振等影响，提高了重力加速度g的测量精度。这种用摆的原理进行绝对重力测量从17世纪70年代一直延续至20世纪中叶，持续了近300年。
图8-1 自由下落单程绝对重力测定
自由落体方法首先是1946年由法国的伏莱（C.Volet）提出的。这一方法如图8-1所示，自由落体在真空中下落，质心在时刻t1，t2，t3，相应经过的位置分别为h1，h2，h3，时间间隔为T1， T2，经过距离为s1，s2，任意时刻t自由落体的运动方程为
可得
只要精确地测定距离s1，s2和时刻T1，T2，就可计算出精确的绝对重力加速度值g。
美国、日本、法国、意大利、苏联和我国都已研制成测量精度在10～20μGal量级的可移动绝对重力仪。我国由中国计量科学院研制的NIM-Ⅰ型和NIM-Ⅱ型的绝对重力仪就是采用自由落体的原理。
8.1.2 相对重力测量
相对重力测量是测量某一点与另一点间的重力差值。目前，世界上大多数重力测量系统都以德国的波茨坦系统重力值为基准点，由它起算，按点间的重力差推算出某一点的绝对重力值。波茨坦基点的绝对重力值为
g=981274.20m Gal±3m Gal=（981.274±0.003）Gal（84）
1971年国际大地测量和地球物理联合会会议上对绝对重力值通过修正，确定其值为
g=（981260.19±0.17）m Gal（8-5）
假设一个摆先在已知重力值g1的甲地上摆动，观测到周期为T1，观测完后，将此摆移到待定重力g2的乙地观测，观测到周期T2，根据摆的周期表达式，由于摆长长度不变，则乙地的重力值为
通过级数展开，略去高次项后，可以得到
这就是根据两地所观测的摆的周期求其中一地的重力值来推算另一地的重力值的公式。即在两个测点上，测量某一个基本量时，使另一个基本量保持不变。测点的重力差可由测得的时间差或长度差来计算。
相对重力测量一般用重力仪进行。重力仪种类很多，但它们的构造原理基本上是相同的，就是利用一种力来平衡重力，然后再用适当的方法来量测平衡力的变化以确定重力变化。如气压重力仪是用气压变化平衡重力变化，弹簧重力仪则是用弹簧的弹力来平衡重力。它们大都是质量旋转型，均是利用弹力矩平衡重力矩原理来测量重力变化。这些仪器统称静力重力仪。静力重力仪又分为两大类型：直线型和助动型重力仪。
直线型重力仪：平衡物体的变化量大致和重力变化成正比。如上述的气体或弹簧。其特点是结构简单，但灵敏度低，需要高倍的量测系统测量其微小变化。这种重力仪有哈尔克（H.Haalck）气压重力仪、哈特莱（K.Hartley）重力仪等。
助动型重力仪：利用弹簧的特殊安置方法，使灵敏度系统处于不稳定状态。普通的重力摆，重力的作用是力图使它达到平衡状态，所以重力在普通摆上所产生的力矩是稳定力矩，而弹性倒摆，重力的作用与此相反，是一个反稳定力矩。在这种摆上另加一个力矩，即弹簧片的弹性力矩，它力图使摆恢复到平衡状态，所以这个力矩是稳定力矩。因此有两种不同性质的力矩——稳定力矩D和反稳定力矩D′同时作用于这个摆上。N=D/（D-D′），N称为助动系数，它可以使观测的数值扩大几十至几百倍，从而大大地降低观测值精度的要求，这就提高了它对于重力变化的灵敏度。它的优点是灵敏度系统本身就预先将灵敏度提高了几百乃至几千倍，所以不必采用高倍的量测系统。但这种仪器受倾斜和温度的影响很大，必须采用特殊的读数方法和温度计补偿方法来避免其缺点。
现在的重力仪大多是助动型的。德国阿斯卡尼亚（Askania）GS型重力仪：底森（St.V. Thyssen）重力仪和美国拉科斯特（L.J.B.La Coste）重力仪等，均为金属弹簧重力仪。德国伊辛（G.Ising）重力仪、美国沃登（S.Worden）重力仪、丹麦诺伽（G.Norgaard）重力仪及我国的ZSM型重力仪等均为石英弹簧重力仪。
自20世纪70年代起，L-R型重力仪中的D型重力仪，CG15型重力仪等的重力观测精度已达到±1μGal的精度。NIM-Ⅰ型和NIM-Ⅱ型绝对重力仪的重力观测精度分别达到±16μGal和±12μGal的精度。
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