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  慣性導航系統至少包括計算機及含有加速度計、陀螺儀或其他運動感測器的平臺(或模組)。開始時,有外界(操作人員及全球定位系統接收器等)給慣性導航系統提供初始位置及速度,此後慣性導航系統通過對運動感測器的資訊進行整合計算,不斷更新當前位置及速度。 INS 的優勢在於給定了初始條件後,不需要外部參照就可確定當前位置、方向及速度。  通過檢測系統的加速度和角速度,慣性導航系統可以檢測位置變化(如向東或向西的運動),速度變化(速度大小或方向)和姿態變化(繞各個軸的旋轉)。它不需要外部參考的特點使它自然地不受外界的干擾或欺騙。  陀螺在慣性參照系中用於測量系統的角速率。通過以慣性參照系中系統初始方位作為初始條件,對角速率進行積分,就可以時刻得到系統的當前方向。這可以想象成被蒙上眼睛的乘客坐在汽車中,感覺汽車左轉、右轉、上坡、下坡,僅根據這些資訊他知道了汽車朝哪裡開,但不知道汽車是快,是慢或是否汽車滑向路邊。  加速度計在慣性參照系中用於測量系統的線加速度,但只能測量相對於系統運動方向的加速度(由於加速度計與系統固定並隨系統轉動,不知道自身的方向)。這可以想象成一個被蒙上眼睛的乘客在汽車加速時向後擠壓座位,汽車剎車時身體前傾,汽車加速上坡時下壓座位,汽車越過山頂下坡時從座位上彈起,僅根據這些資訊,乘客知道汽車相對自身怎樣加速,即向前、向後、向上、向下、向左 或向右,但不知道相對地面的方向。  然而,通過跟蹤系統當前角速率及相對於運動系統測量到的當前線加速度,就可以確定參照系中系統當前線加速度。以起始速度作為初始條件,應用正確的運動學方程,對慣性加速度進行積分就可得到系統慣性速率,然後以起始位置作初始條件再次積分就可得到慣性位置。  慣性導航系統感測器的小誤差會隨時間累積成大誤差,其誤差大體上與時間成正比,因此需要不斷進行修正。現代慣性導航系統使用各種訊號(例如全球定位系統及磁羅盤等)對其進行修正,採取控制論原理對不同訊號進行權級過濾,保證慣性導航系統的精度及可靠性。

  慣性導航系統用於各種運動機具中,包括飛機、潛艇、太空梭等運輸工具及導彈,然而成本及複雜性限制了其可以應用的場合。  慣性系統最先應用於火箭制導,美國火箭先驅羅伯特·戈達爾試驗了早期的陀螺系統。二戰期間經德國人馮布勞恩改進後,應用於V-2火箭制導。戰後美國麻省理工學院等研究機構及人員對慣性制導進行深入研究,從而發展成應用飛機、火箭、太空梭、潛艇的現代慣性導航系統。
慣性導航系統是一個使用加速計和陀螺儀來測量物體的加速度和角速度,並用計算機來連續估算運動物體位置、姿態和速度的輔助導航系統。它不需要一個外部參考系,常常被用在飛機,潛艦,導彈和各種航天器上。