Un péndulo es una varilla delgada y relativamente larga hecha de madera o metal que termina en un disco. En las primeras versiones del reloj de péndulo, el disco pesaba sobre la varilla del péndulo mientras se movía de un lado a otro. Un mecanismo de escape, que convertía el movimiento de un engranaje en la oscilación de un péndulo, permitía que la energía pasara al péndulo para superar la fricción y poder seguir oscilando. Las versiones posteriores del reloj de péndulo funcionaban con resortes y, finalmente, con baterías.
A Galileo se le atribuye haber ideado el concepto de péndulo como herramienta para medir el tiempo, habiendo estudiado su movimiento ya en 1582. Aunque elaboró planos de diseño para un reloj de péndulo, Galileo murió en 1642 antes de que pudiera construir uno. El matemático y astrónomo holandés Christiaan Huygens es el hombre a quien se le atribuye la invención del reloj de péndulo en 1656.
El primer reloj de péndulo de Huygens midió el tiempo con un error de menos de un minuto por día. Con modelos posteriores, pudo reducir ese error a menos de 10 segundos. En 1721, George Graham aumentó la precisión del reloj de péndulo al reducir el error a un segundo por día. Lo logró haciendo ajustes para los cambios en la longitud de la varilla del péndulo, que fueron causados por variaciones de temperatura.
Siegmund Riefler y WH Shortt aumentaron aún más la precisión del reloj de péndulo. Los relojes de Riefler, que usaban un escape que perfeccionó en 1889, se utilizaron ampliamente en los observatorios astronómicos y tenían una precisión de hasta una centésima de segundo por día. El reloj Shortt, introducido en 1921, funcionaba con el principio de esclavo y maestro de dos péndulos y reemplazó al de Riefler como reloj de elección para los observatorios.
La tecnología de reloj de cuarzo se introdujo durante la década de 1920 y se convirtió en el estándar para el cronometraje en las décadas posteriores. El reloj de péndulo llegó a adquirir el estatus de pieza de colección, tanto en sus formas antiguas como más contemporáneas. Tres tipos comunes de relojes de péndulo que pueden aparecer en una colección son el reloj de cuco, el reloj de pie y el reloj de sobremesa. Para los relojes de cuco y los relojes de abuelo, el péndulo normalmente oscila dos veces por segundo y una vez cada dos segundos, respectivamente.