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  對自由落體最先研究的是古希臘科學家亞里斯多德。他提出:物體下落的快慢是由物體本身的重量決定的,物體越重,下落得越快;反之,物體越輕,則下落得越慢。亞里斯多德的理論影響了其後兩千多年的人。直到物理學家伽利略提出了相反的意見。伽利略在1636年的《兩種新科學的對話》中寫道:如果依照亞里斯多德的理論,假設有兩塊石頭,大的重量為8,小的為4,則大的下落速度為8,小的下落速度為4,當兩塊石頭被綁在一起的時候,下落快的會因為慢的而被拖慢。所以整個體系和下落速度在4-8之間。但是,兩塊綁在一起的石頭的整體重量為12,下落速度也就應該大於8,這就陷入了一個自相矛盾的境界。伽利略由此推斷物體下落的速度應該不是由其重量決定的。他在書中設想,自由落體運動的速度是勻速變化的。

  傳說1590年伽利略曾在義大利比薩斜塔上做自由落體實驗,將兩個重量不同的球體從相同的高度同時扔下,結果兩個鉛球同時落地,伽利略在比薩斜塔做自由落體實驗的故事,記載在他的學生維維安尼(Vincenzo Viviani,1622—1703)在1654年寫的《伽利略生平的歷史故事》(1717年出版)一書中,但伽利略、比薩大學和同時代的其他人都沒有關於這次實驗的的記載。對於伽利略是否在比薩斜塔做過自由落體實驗,歷史上一直存在著支援和反對兩種不同的看法。  1969年,阿波羅15號太空人在月球上同時丟下獵鷹羽毛與鐵錘,證明伽利略理論正確。

  基於(物體位於靠近地球表面)重力是個常數的假設,牛頓的重力定律是formula_1。即重力與物體的質量成正比。重力加速度以"g"表示,是一個常數。它是向量,平均值為9.81,單位是m/s。除"g"以外,也可以"a"表示,取其地心加速度意思,即formula_2。這個加速度是由於物體受到了重力產生的。物體的最初狀態是靜止的,物體下落中假定除了重力外不受其它力(如:空氣阻力)的作用。它下落的路程的長度與經過的時間平方成正比。  自由下落物體在下落的最初位置,即最大高度,具備有重力勢能。它的數值formula_3是物體的重力與高度的乘積formula_4。這個表示式只在物體距離地球表面高度很小才有效。在下落的過程中,物體無論在那個高度也不論是否同時具有速度,都具有重力勢能,其數值同樣也是formula_4。如果物體在下落過程中不受其它力的作用,可以忽略空氣阻力的時候,其總能量遵守機械能量守恆定則,即重力勢能和動能的總和守恆。我們常常用機械能守恆定則來計算,物體可能達到的最大高度,和落到地面瞬間的最大速度。  如果下落時間為"t",瞬時速度為"v",下落高度為"h",重力加速度為"g",則有以下關係:

  與上面自由落體相反,以下情形是有其他力量同時在作用,比如:
自由落體運動是指只受重力作用(不存在空氣阻力的理想狀態)的均勻加速度運動過程。