伽利略是一位虔誠的天主教徒，每周都堅持到教堂做禮拜。1582年的一天，教堂里一個被修理工無意碰到而擺動起來的大吊燈引起了伽利略的注意。他的腦海里突然閃出測量吊燈擺動時間的念頭。憑著自己學醫的經驗，伽利略以脈搏計時，同時數著吊燈的擺動次數。

起初，吊燈擺動速度較大，過了一陣子，吊燈擺動的幅度變小了，擺動速度也變慢了，直到停止了擺動。令伽利略驚奇的是每次測量的結果都表明來回擺動一次需要相同的時間。通過這些測量伽利略發現：吊燈來回擺動一次需要的時間與擺動幅度的大小無關，無論擺幅大小如何，來回擺動一次所需時間是相同的。即吊燈的擺動具有等時性，這就是伽利略最初的發現。

伽利略的試驗并沒有就此結束，回到房間后，他到處尋找試驗所需要的東西。他找來絲線、細繩、大小不同的木球、鐵球、石塊，用細繩的一端系上小球，將另一端系在天花板上。這樣，一個單擺就做成了。用這套裝置，伽利略繼續測量擺的擺動周期。試驗證明，無論用銅球、鐵球，還是木球，只要擺長不變，單擺來回擺動一次所用時間就相同。這表明單擺的擺動周期與擺球的質量無關。

為了找出決定擺動周期的因素，伽利略繼續從試驗中尋找答案。多次試驗之后，伽利略發現利用不同的擺長，可以十分簡便地得到不同的擺動周期。由此可見，擺的長度是影響擺動周期的惟一因素。在實驗基礎上通過嚴密的邏輯推理，伽利略證明了單擺周期與擺長的平方根成正比，與重力加速度的平方根成反比。

但讓伽利略沮喪的是，他始終無法對自己發現的這一奇妙規律給出一個明確合理的解釋。直到100多年后，當牛頓發現地心引力時，這個規律才有了圓滿的解釋。

但是伽利略很快就發現可以利用擺來制造一臺精確的時鐘，而這個建議也一直未被采納。直到1656年第一架擺鐘出現以前，人們仍然經常為短時間計時而感到困難，不得不用脈搏或水滴來粗略地計時。