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自由落體運動是指只受重力作用（不存在空氣阻力的理想狀態）的均勻加速度運動過程[1]。
運動過程中重力勢能與動能之和遵守機械能守恆定律。在地球上相同位置與相同高度，自由落體的加速度相同（均為g），與質量無關。
對自由落體最先研究的是古希臘科學家亞里斯多德。他提出：物體下落的快慢是由物體本身的重量決定的，物體越重，下落得越快；反之，物體越輕，則下落得越慢。亞里斯多德的理論影響了其後兩千多年的人。直到物理學家伽利略提出了相反的意見。伽利略在1636年的《兩種新科學的對話》中寫道：如果依照亞里斯多德的理論，假設有兩塊石頭，大的重量為8，小的為4，則大的下落速度為8，小的下落速度為4，當兩塊石頭被綁在一起的時候，下落快的會因為慢的而被拖慢。所以整個體系和下落速度在4-8之間。但是，兩塊綁在一起的石頭的整體重量為12，下落速度也就應該大於8，這就陷入了一個自相矛盾的情況。伽利略由此推斷物體下落的速度應該不是由其重量決定的。他在書中設想，自由落體運動的速度是勻速變化的。
傳說1590年伽利略曾在義大利比薩斜塔上做自由落體實驗，將兩個重量不同的球體從相同的高度同時扔下，結果兩個鉛球同時落地，伽利略在比薩斜塔做自由落體實驗的故事，記載在他的學生維維亞尼在1654年寫的《伽利略生平的歷史故事》（1717年出版）一書中，但伽利略、比薩大學和同時代的其他人都沒有關於這次實驗的記載[2]。對於伽利略是否在比薩斜塔做過自由落體實驗，歷史上一直存在著支持和反對兩種不同的看法[3][4]。
1971年，阿波羅15號太空人在月球上同時丟下獵鷹羽毛與鐵鎚，證明伽利略理論正確。
基於（物體位於靠近地球表面）重力是個常數的假設，牛頓的重力定律是。即重力與物體的質量成正比。重力加速度以g表示，是一個常數。它是矢量，平均值為9.81，單位是m/s2。除g以外，也可以a表示，取其地心加速度意思，即。這個加速度是由於物體受到了重力產生的。物體的最初狀態是靜止的，物體下落中假定除了重力外不受其它力（如：空氣阻力）的作用。它下落的路程的長度與經過的時間平方成正比。
自由下落物體在下落的最初位置，即最大高度，具備有重力勢能。它的數值是物體的重力與高度的乘積。這個表達式只在物體距離地球表面高度很小才有效。在下落的過程中，物體無論在那個高度也不論是否同時具有速度，都具有重力勢能，其數值同樣也是。如果物體在下落過程中不受其它力的作用，可以忽略空氣阻力的時候，其總能量遵守機械能量守恆定則，即重力勢能和動能的總和守恆。我們常常用機械能守恆定則來計算，物體可能達到的最大高度，和落到地面瞬間的最大速度。
如果下落時間為t，瞬時速度為v，下落高度為h，重力加速度為g，則有以下關係：
與上面自由落體相反，以下情形是有其他力量同時在作用，比如：
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