Inercijski prostor je referentni okvir prema kojemu se mjeri ubrzanje ili promjena gibanja. Unutar inercijalnog referentnog okvira, objekti doživljavaju konstantno relativno gibanje i čini se da miruju u odnosu jedan na drugi; ovo definira inerciju prostora i služi kao pozadina na kojoj se mjeri promjena gibanja objekta. Rezultati mjerenja u jednom inercijskom okviru mogu se pretvoriti u drugi jednostavnim matematičkim izračunom.
Jedno svojstvo inercijalnog okvira je da ponašanje njegovih objekata nije podložno silama izvan tog referentnog okvira. U Newtonovskoj fizici, nepokretne zvijezde smatrane su inercijskim referentnim okvirom; sada je poznato da zvijezde nisu fiksne, već imaju vlastita relativna gibanja u galaksijama, kao i galaksije u većim grupnim strukturama. Korištenje zvijezda kao da njihovo relativno gibanje definira inercijski prostor unosi malu pogrešku.
Žiroskop koji se okreće bez rotacijskog ubrzanja zadržat će svoju orijentaciju prema inercijskom prostoru; ako se vrti konstantnom brzinom, nastavit će usmjeravati u istom smjeru u odnosu na nepokretne zvijezde. Promjene u kretanju u odnosu na orijentaciju žiroskopa mogu se mjeriti, a podaci se koristiti za izračunavanje brzine i položaja. To je osnova za inercijski navigacijski sustav (INS), koji određuje brzinu i lokaciju vozila isključivo iz reference na položaj u inercijskom prostoru.
INS se obično sastoji od senzora pokreta, poput žiroskopa i akcelerometara, te računala. Sustavu se daje početna brzina i lokacija, a zatim izračunava budući položaj i brzinu u stvarnom vremenu iz podataka senzora. Promjene u linearnom i kutnom ubrzanju mjere se u odnosu na poravnanje žiroskopa prema inercijskom prostoru. Izvan svojih početnih uvjeta, INS je potpuno samostalan i nije podložan ometanju ili drugim smetnjama.
Akumulirana pogreška mjerenja i izračunavanja obično čini INS manje točnim tijekom duljeg vremenskog okvira. Taj je nedostatak donekle nadoknađen sofisticiranijim uređajima kao što je žiroskop s optičkim vlaknima, koji se oslanja na Sagnacov učinak. U ovom tipu uređaja, laseri s suprotnim rotiranjem proizvode interferencijski uzorak iz kojeg se mogu izračunati promjene kutne brzine u odnosu na položaj u inercijskom prostoru.
Na brodovima se žirokompas koristi za pokazivanje na geografski Sjeverni pol. Uređaj koristi svojstva žiroskopa za održavanje fiksne orijentacije prema inercijskom prostoru i njihala da ga poravna sa Zemljinom rotacijskom osi. Sve dok je rotor žiroskopa paralelan sa Zemljinom osi, nema zakretnog momenta ili kutnog otpora zbog Zemljine rotacije. Neusklađenost se samoispravlja od sila zbog planetarne rotacije.