L'espace inertiel est un cadre de référence par rapport auquel l'accélération ou la variation de mouvement, est mesurée. Au sein d'un cadre de référence inertiel, l'expérience des objets constante de mouvement relatif et semble être au repos en référence à l'autre, ce qui définit l'inertie de l'espace et sert de toile de fond que le changement d'un objet en mouvement est mesurée. Les résultats de mesures effectuées dans une trame d'inertie peut être converti en un autre par un simple calcul mathématique.
Une propriété d'un référentiel inertiel est que le comportement de ses objets ne sont pas soumis à des forces de l'extérieur ce cadre de référence. Dans la physique newtonienne, les étoiles fixes ont été considérées comme un référentiel inertiel, on sait maintenant que les étoiles ne sont pas fixes, mais ont leurs propres mouvements relatifs dans les galaxies, tout comme les galaxies dans les structures des groupes plus importants. En utilisant les étoiles comme si leur mouvement relatif définit un espace inertiel introduit petite erreur.
Le gyroscope à filer à partir de l'accélération de rotation libre conserve son orientation dans l'espace inertiel, si elle tourne à une vitesse constante, il continuera à pointer dans la même direction par rapport aux étoiles fixes. Les changements dans le mouvement par rapport à l'orientation du gyroscope peut être mesurée et les données utilisées pour calculer la vitesse et la position. C'est la base d'un système de navigation inertielle (INS), qui détermine la vitesse d'un véhicule et le lieu uniquement de référence à une position dans l'espace inertiel.
Une INS se compose généralement de détecteurs de mouvement, tels que des gyroscopes et des accéléromètres, et un ordinateur. Le système est donné à sa vitesse initiale et l'emplacement, puis calcule la position et la vitesse future en temps réel à partir des données de capteur. Les changements d'accélération linéaire et angulaire sont mesurés en référence à l'alignement du gyroscope à l'espace inertiel. Au-delà de ses conditions initiales, un INS est complètement autonome et n'est pas soumis au brouillage ou toute autre interférence.
L’erreur accumulée de mesure et de calcul ont tendance à faire un INS moins précis sur une période de temps prolongée. Cette lacune a été quelque peu compensée par des dispositifs plus sophistiqués comme le gyroscope à fibre optique, qui repose sur l'effet Sagnac. Dans ce type de dispositif, la contre-rotation des lasers produisent une figure d'interférence à partir de laquelle les variations de vitesse angulaire par rapport à une position dans l'espace inertiel peuvent être calculées.
A bord des navires, un compas gyroscopique est utilisé pour pointer vers le pôle Nord géographique. Le dispositif utilise les propriétés d'un gyroscope pour maintenir une orientation fixe dans l'espace inertiel et un pendule pour l'aligner avec l'axe de rotation de la Terre. Tant que rotor du gyroscope est parallèle à l'axe de la Terre, il n'y a pas de couple, ou de la résistance angulaire, de rotation de la Terre. Désalignement est auto-correcteur de forces dues à la rotation planétaire.