In diesem Teil der Physik, der Mechanik genannt wird, ist ein einfaches Pendel ein mentales Konstrukt oder ein idealisiertes theoretisches Modell, bei dem eine punktgroße Masse an einem Stab oder einer Schnur aufgehängt ist, die selbst von vernachlässigbarer Masse ist und in einer reibungsfreien und ansonsten perfekten Umgebung verwendet wird. Wenn die Saite lang ist und sich die Masse unter dem Einfluss der Schwerkraft in einem Bogen von nur wenigen Grad bewegt, ist die resultierende Bewegung sowohl linear als auch harmonisch. Die Punktmasse wirkt, als würde eine Feder sie entlang einer Linie durch einen zentralen Punkt wiederholt hin und her ziehen. Als Achse dient die Bewegungslinie eines einfachen Pendels, deren Ursprung der Punkt ist. Dieses System wird mathematisch durch eine Reihe von Gleichungen beschrieben, die sich direkt auf reale Prozesse beziehen.
Die Periode oder Schwingzeit eines einfachen Pendels, das unter den oben genannten Einschränkungen arbeitet, ist T=2π(g/L)-1/2 — in dieser Gleichung wird die Gravitationskraft durch „g“ dargestellt und „L“ steht für die Länge des Schnur. Wenn der Bewegungsbogen viel mehr als ein paar Grad beträgt, reicht die oben aufgeführte einfache Gleichung – nur eine Näherung – nicht mehr aus und muss dann einen oder mehrere hinzugefügte Terme aus einer unendlichen Virialgleichung enthalten. Diese Gleichung lautet T=2π(g/L)-1/2[1+(1/16)θ2+(11/3072)θ4+…]. Theta (θ) ist der Bogenwinkel im Bogenmaß. In der Praxis gilt: Je größer der Bogen, desto weniger ähnelt ein echtes Pendel einem einfachen Pendel.
Wie bei vielen mechanischen Systemen ist es von Interesse, sowohl kinetische als auch potentielle Energien zu berücksichtigen. Ein einfaches Pendel muss an beiden Enden seiner Schwingung anhalten und die Richtung umkehren. An diesen Punkten erreicht die kinetische Energie ein Minimum – Null –, so dass gemäß der Energieerhaltung die potentielle Energie ihr Maximum erreicht. Umgekehrt minimiert sich die potentielle Energie im Zentrum des Schwungs, während die kinetische Energie ihr Maximum erreicht. Die Geschwindigkeit geht an beiden Enden auf Null, erreicht aber im Mittelpunkt eine Spitze.
Mathematische Überlegungen bestätigen die Verwendung des Pendels in Zeitmessern. Noch 1929 galt die Riefler-Pendeluhr als Zeitnormal der Vereinigten Staaten. Auch danach wurde sie durch eine andere Pendeluhr, die Shortt-Uhr, ersetzt. Obwohl sie nicht mehr der Standard oder eine der genauesten Uhren der Welt ist, erreichte die Shortt-Variante die erstaunlich genaue Auflösung von einer Sekunde pro Jahr. Mit dem Fortschritt der Technologie war es unvermeidlich, dass das in einem einfachen Pendel idealisierte Grunddesign durch eine elektronische und später eine Atomuhr ersetzt wurde.