Le principe de fonctionnement de toute horloge mécanique repose sur la combinaison des trois fonctions suivantes :

• Une source d'énergie qui permet d'entretenir le mouvement de rotation (ici un poids moteur).
• Un régulateur : un pendule (ou balancier) donne une référence de temps précise et invariable. Le système d’échappement, couplé au pendule, permet de cadencer la libération de l’énergie.
• Un affichage : des graduations et des aiguilles donnent accès à l’information.

L'échappement est généralement à ancre comme sur cette animation. Pour de petits angles (<5°) d’oscillation du balancier, on approche de la condition d'isochronisme : la période du pendule ne dépend pratiquement que de sa longueur et de la gravité du lieu (mais pas de la masse du pendule ni des amplitudes d’oscillations). Par exemple, au niveau de la mer, un pendule d’un mètre a une période de deux secondes. En allongeant le pendule, on augmente la période des oscillations.