Tröghetsrymden är en referensram mot vilken acceleration, eller förändring i rörelse, mäts. Inom en tröghetsreferensram upplever objekt konstant relativ rörelse och verkar vara i vila i förhållande till varandra; detta definierar rymdens tröghet och fungerar som bakgrunden mot vilken ett objekts förändring i rörelse mäts. Resultat av mätningar gjorda i en tröghetsram kan konverteras till en annan genom en enkel matematisk beräkning.
En egenskap hos en tröghetsram är att dess objekts beteende inte är föremål för krafter utanför den referensramen. I newtonsk fysik ansågs fixstjärnorna vara en tröghetsreferensram; det är nu känt att stjärnorna inte är fixerade utan har sina egna relativa rörelser i galaxer, liksom galaxer i större gruppstrukturer. Att använda stjärnorna som om deras relativa rörelse definierar ett tröghetsutrymme introducerar lite fel.
Ett snurrande gyroskop fritt från rotationsacceleration kommer att behålla sin orientering mot tröghetsutrymmet; om den snurrar med konstant hastighet kommer den att fortsätta peka i samma riktning i förhållande till fixstjärnorna. Förändringar i rörelse i förhållande till gyroskopets orientering kan mätas och data kan användas för att beräkna hastighet och position. Detta är grunden för ett tröghetsnavigeringssystem (INS), som bestämmer ett fordons hastighet och position enbart utifrån en position i tröghetsutrymmet.
En INS består vanligtvis av rörelsesensorer, såsom gyroskop och accelerometrar, och en dator. Systemet får sin initiala hastighet och plats, och beräknar sedan framtida position och hastighet i realtid från sensordata. Förändringar i linjär och vinkelacceleration mäts med hänvisning till gyroskopets inriktning mot tröghetsutrymmet. Utöver dess initiala villkor är en INS helt fristående och är inte föremål för störningar eller andra störningar.
Ackumulerade fel från mätning och beräkning tenderar att göra en INS mindre exakt över en längre tidsram. Denna brist har kompenserats något av mer sofistikerade enheter som det fiberoptiska gyroskopet, som förlitar sig på Sagnac-effekten. I denna typ av anordning producerar motroterande lasrar ett interferensmönster från vilket förändringar i vinkelhastighet i förhållande till en position i tröghetsutrymmet kan beräknas.
På fartyg används en gyrokompass för att peka på den geografiska nordpolen. Enheten använder egenskaperna hos ett gyroskop för att bibehålla en fixerad orientering mot tröghetsrymden och en pendel för att rikta in den med jordens rotationsaxel. Så länge som gyroskopets rotor är parallell med jordens axel finns det inget vridmoment, eller vinkelmotstånd, från jordens rotation. Felinriktning är självkorrigerande från krafter på grund av planetrotation.