这类陀螺仪本身大都是二自由度的。常见的有速率陀螺仪和积分陀螺仪。速率陀螺仪是用以直接测定运载器角速率的仪表。把均衡陀螺仪的外环固定在运载器上并令内环轴垂直于要测量角速度的轴，如果考虑运载器的转动在内，这种陀螺仪也是三自由度的。当运载器连同外环以角速度绕测量轴旋进时，陀螺力矩将迫使内环连同转子一起相对于运载器而旋进。这种陀螺仪中有弹簧限制这个相对旋进，而内环的旋进角正比于弹簧的变形量。由平衡时的内环旋进角即可求得陀螺力矩和运载器的角速率。
积分陀螺仪与速率陀螺仪的不同处只在于用线性阻尼器代替弹簧约束。当运载器作任意变速转动时，积分陀螺仪的输出量是绕测量轴的转角(即角速度的积分)。这种陀螺仪在远距离测量系统或自动控制、惯性导航平台中使用较多。
还可以利用旋进受限制的三自由度陀螺仪来同时测出运载器的角速度和角加速度。
