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  对自由落体最先研究的是古希腊科学家亚里斯多德。他提出:物体下落的快慢是由物体本身的重量决定的,物体越重,下落得越快;反之,物体越轻,则下落得越慢。亚里斯多德的理论影响了其后两千多年的人。直到物理学家伽利略提出了相反的意见。伽利略在1636年的《两种新科学的对话》中写道:如果依照亚里斯多德的理论,假设有两块石头,大的重量为8,小的为4,则大的下落速度为8,小的下落速度为4,当两块石头被绑在一起的时候,下落快的会因为慢的而被拖慢。所以整个体系和下落速度在4-8之间。但是,两块绑在一起的石头的整体重量为12,下落速度也就应该大于8,这就陷入了一个自相矛盾的境界。伽利略由此推断物体下落的速度应该不是由其重量决定的。他在书中设想,自由落体运动的速度是匀速变化的。

  传说1590年伽利略曾在意大利比萨斜塔上做自由落体实验,将两个重量不同的球体从相同的高度同时扔下,结果两个铅球同时落地,伽利略在比萨斜塔做自由落体实验的故事,记载在他的学生维维安尼(Vincenzo Viviani,1622—1703)在1654年写的《伽利略生平的历史故事》(1717年出版)一书中,但伽利略、比萨大学和同时代的其他人都没有关于这次实验的的记载。对于伽利略是否在比萨斜塔做过自由落体实验,历史上一直存在着支持和反对两种不同的看法。  1969年,阿波罗15号太空人在月球上同时丢下猎鹰羽毛与铁锤,证明伽利略理论正确。

  基于(物体位于靠近地球表面)重力是个常数的假设,牛顿的重力定律是formula_1。即重力与物体的质量成正比。重力加速度以"g"表示,是一个常数。它是矢量,平均值为9.81,单位是m/s。除"g"以外,也可以"a"表示,取其地心加速度意思,即formula_2。这个加速度是由于物体受到了重力产生的。物体的最初状态是静止的,物体下落中假定除了重力外不受其它力(如:空气阻力)的作用。它下落的路程的长度与经过的时间平方成正比。  自由下落物体在下落的最初位置,即最大高度,具备有重力势能。它的数值formula_3是物体的重力与高度的乘积formula_4。这个表达式只在物体距离地球表面高度很小才有效。在下落的过程中,物体无论在那个高度也不论是否同时具有速度,都具有重力势能,其数值同样也是formula_4。如果物体在下落过程中不受其它力的作用,可以忽略空气阻力的时候,其总能量遵守机械能量守恒定则,即重力势能和动能的总和守恒。我们常常用机械能守恒定则来计算,物体可能达到的最大高度,和落到地面瞬间的最大速度。  如果下落时间为"t",瞬时速度为"v",下落高度为"h",重力加速度为"g",则有以下关系:

  与上面自由落体相反,以下情形是有其他力量同时在作用,比如:
自由落体运动是指只受重力作用(不存在空气阻力的理想状态)的均匀加速度运动过程。