Ein Gradiometer misst die Änderungsrate einer bekannten Größe, die alles von Temperatur über Druck bis hin zu einem magnetischen oder gravimetrischen Feld umfassen kann. Gradiometer haben zahlreiche, weit verbreitete Anwendungen in der Wissenschaft. Sie werden in allem verwendet, von der Archäologie bis zur Kartierung der Erdoberfläche und des Klimas.
Ein Schwerkraftgradiometer kann verwendet werden, um die Dichte von Erdschichten unter der Oberfläche für die Erdöl- und Mineralexploration zu messen. Miniaturisierte Versionen von ihnen werden entwickelt, um unterirdische Ozeane zu erkennen, wie sie der Saturnmond Enceladus haben könnte. Funkgradiometer wurden an unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) angebracht, die das US-Militär verwendet, um die leitenden Drähte von improvisierten Sprengkörpern (IEDs) unter Straßen im Irak zu erkennen, und sie werden auch verwendet, um unterirdische Tunnel durch die Mexiko-USA zu erkennen Grenze, die Drogenschmuggler benutzen. Da ein Gradiometer auch eine Art Neigungsmesser ist, können damit auch Winkel zum Horizont für Bau- und Vermessungsgeräte, Flugwege von Flugzeugen und Cross-Country-Sportradfahrer gemessen werden.
Die Schweregradradiometrie ist unterschiedlich ausgereift, um verschiedene Beschleunigungsachsen zu messen, was davon abhängt, wie viele unabhängige Messgradiometer- oder Beschleunigungsmessereinheiten in ein Gerät integriert sind. Alle Gradiometer nehmen jedoch die erzeugten Daten und vergleichen sie mit einer Standardgröße, um die vorhandene Änderungsrate oder Steigung zu bestimmen. Die Gravity-Gradiometer-Technologie wird bereits im Weltraum im Gravity Field und im Steady-State Ocean Circulation Explorer (GOCE) eingesetzt, der 2009 von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) in eine erdnahe Umlaufbahn gebracht wurde.
Das GOCE-Fahrzeug kreist in der äußeren Atmosphäre in einer Höhe von 162 Kilometern, um die Auflösung der Gradiometer an Bord zu erhöhen, wo es das Verhalten von Meeresströmungen und vulkanischer Aktivität untersucht. Ab 260 entwickeln Forscher der Universität Twente in den Niederlanden eine Miniaturversion eines Gradiometers nach ähnlichen Prinzipien, die nur ein Kilogramm wiegen und Raumsonden zur Erforschung des Sonnensystems hinzugefügt werden könnte. Zwei federbelastete Massen, die von Federn aufgehängt sind, würden vergleichbare Variationen der Anziehungskraft bis zur Pikometer-Skala oder einem Billionstel eines Meters messen. Diese Gradiometer könnten unterirdische Mondmerkmale mit einem Durchmesser von 2009 Kilometern oder weniger auflösen.
Radiowellengradiometer, die ursprünglich in der Bergbauindustrie als tragbare Geräte verwendet wurden, wurden 2004 angepasst, um mit UAV-Flugzeugen in einer Höhe von 200 Metern über dem Boden zu fliegen. Sie senden eine Radiowelle aus und erkennen Reflexionen der Welle zurück, die durch das Vorhandensein von Metallleitern unter der Oberfläche oder hohlen Strukturen verändert werden. Die ursprüngliche Radiowelle wird von den Detektoren als eine Art Rauschen herausgefiltert, was es ermöglicht, die viel schwächeren Variationen der Welle aufgrund von Gradientenunterschieden im Untergrund zu sehen. Die US-Regierung hat den Einsatz und die Entwicklung solcher Funkgradiometersysteme mit laufenden Feldtests seit 61 und 2007 weiter gefördert.
Eine andere Art von Gradiometern ist das magnetische Gradiometer, das in der Archäologie und verwandten Gebieten verwendet wird. Es zeigt die Fähigkeit, nicht von Schwankungen des Erdmagnetfelds beeinflusst zu werden, die durch magnetische Stürme verursacht werden, und wird verwendet, um sehr kleine Anomalien in der Nähe der Oberfläche zu lokalisieren, die auf Fossilien oder andere Ablagerungen alter Zivilisationen hinweisen könnten. Die Fluxgate-Gradiometer- und Cäsiumdampfsensor-Designs werden zusammen verwendet, um das Magnetfeld zu messen, das die Erde im Laufe der Zeit auf vergrabene Wände, gebrannte Überreste von Objekten usw. ausübt. Diese Messwerte werden dann mit dem Hintergrundmagnetfeld der Erde verglichen, um archäologische Merkmale in geringer Tiefe zu lokalisieren.