慣性傳感器包括加速度計和陀螺儀。加速度計測量比力（非引力加速度），陀螺儀測量角速率，它們的測量過程不需要外部參照。同時，需要借助外部參照的測量裝置不屬于慣性傳感器。大多數加速度計僅測量單個軸向的比力，大多數陀螺儀也只測量繞一個軸向的轉動角速率。

一個慣性測量單元（inertial measurement unit , IMU）包含多個加速度計和陀螺儀，通常是3個陀螺儀和3個加速度計，安裝在三個正交軸向上，以實現三維的比力和角速率測量。根據實際需要，有時會安裝更少的慣性傳感器來實現一維或二維的測量，稱這種少于6個傳感器的IMU 稱為非完整IMU；或安裝更多的慣性傳感器來提升容錯率和減小誤差。一個IMU通常還會包含一個IMU處理器來進行量綱轉換、誤差補償、數據檢查、通信等工作，以及一個溫度傳感器來輔助修正不同溫度下的誤差。