Tyngdkraften är i huvudsak en attraktionskraft mellan föremål. De flesta människor känner till gravitationen som orsaken till att saker stannar på jordens yta, eller ”det som går upp måste komma ner”, men gravitationen har faktiskt en mycket större betydelse. Tyngdkraften är ansvarig för bildandet av vår jord och alla andra planeter och för rörelsen av alla himmelska kroppar. Det är gravitationen som gör att vår planet kretsar runt solen och månen kretsar runt jorden.
Även om människor alltid har varit medvetna om gravitationen, har det gjorts många försök att korrekt förklara den genom åren, och teorier måste regelbundet förbättras för att ta hänsyn till tidigare oanade aspekter av gravitationen. Aristoteles var en av de första tänkarna som postulerade orsaken till gravitationen, och hans och andra tidiga teorier förlitade sig på en geocentrisk modell av universum, med jorden i centrum. Galileo, den italienska fysikern som gjorde de första teleskopiska observationerna som stödde en heliocentrisk modell av solsystemet, med solen i centrum, gjorde också framsteg i gravitationsteorin runt 17-talets början. Han upptäckte att föremål med olika vikt faller mot jorden med samma hastighet.
År 1687 publicerade den engelske vetenskapsmannen Sir Isaac Newton sin lag om universell gravitation, som fortfarande används för att beskriva gravitationskrafterna i de flesta vardagliga sammanhang. Newtons första lag säger att tyngdkraften mellan två massor är direkt proportionell mot produkten av de två massorna och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem, eller matematiskt: F=G(m1m2/d2), där G är en konstant.
Newtons andra lag säger att gravitationskraften är lika med produkten av en kropps massa och dess acceleration, eller F=ma. Det betyder att två massor som är gravitationsmässigt attraherade till varandra upplever samma kraft, men att det översätts till en mycket större acceleration för ett mindre föremål. Därför, när ett äpple faller mot jorden, upplever både jorden och äpplet samma kraft, men jorden accelererar mot äpplet med en försumbar hastighet, eftersom det är så mycket mer massivt än äpplet.
Runt slutet av 19-talet började astronomer lägga märke till att Newtons lag inte helt redogjorde för observerade gravitationsfenomen i vårt solsystem, särskilt i fallet med Merkurius omloppsbana. Albert Einsteins teori om allmän relativitet, publicerad 1915, löste frågan om Merkurius omloppsbana, men den har sedan dess visat sig vara ofullständig också, eftersom den inte kan redogöra för fenomen som beskrivs inom kvantmekaniken. Strängteori är en av de främsta moderna teorierna för att förklara kvantgravitationen. Även om Newtons lag inte är perfekt, är den fortfarande allmänt använd och lärd ut på grund av dess enkelhet och nära tillnärmning av verkligheten.
Eftersom gravitationskraften är proportionell mot massorna av de två objekt som upplever den, utövar olika himmelkroppar starkare eller svagare gravitationskraft. Av denna anledning kommer ett objekt att ha olika vikt på olika planeter, vara tyngre på mer massiva planeter och lättare på mindre massiva planeter. Det är därför människor är mycket lättare på månen än de är på jorden.
Det är en populär missuppfattning att astronauter upplever viktlöshet under rymdresor eftersom de befinner sig utanför gravitationskraftfältet hos en stor kropp. Faktum är att viktlöshet under rymdresor uppnås på grund av fritt fall – astronauten och rymdfärjan eller raketen faller (eller accelererar) båda med samma hastighet. Samma hastighet ger uppfattningen om viktlöshet eller flytande. Detta är samma koncept som en person på ett ”fritt fall”-ritt på en nöjespark. Både föraren och åket faller i samma hastighet vilket gör att föraren verkar som om han faller oberoende av åkturen. Samma känsla kan upplevas när man åker på ett flygplan eller en hiss som plötsligt bryter från sin normala hastighet.