Gradiometrs mēra izmaiņu ātrumu, kas notiek zināmā daudzumā, kas var ietvert jebko, sākot no temperatūras līdz spiedienam un beidzot ar magnētisko vai gravimetrisko lauku. Gradiometriem ir daudz un plaši izplatītu pielietojumu zinātnē. Tos izmanto it visā, sākot no arheoloģijas līdz Zemes virsmas un klimata kartēšanai.
Gravitācijas gradiometru var izmantot, lai izmērītu zemes slāņu blīvumu zem virsmas naftas un minerālu izpētē. To miniaturizētās versijas tiek izstrādātas, lai atklātu zemūdens okeānus, piemēram, Saturna pavadoni Enceladus. Radio gradiometri ir uzstādīti uz bezpilota lidaparātiem (UAV), ko ASV militārpersonas izmanto, lai atklātu improvizēto sprādzienbīstamo ierīču (IED) vadošos vadus zem ceļiem Irākā, un tos izmanto arī, lai atklātu tuneļus pazemē pāri Meksikai-ASV. robežu, ko lieto narkotiku kontrabandisti. Tā kā gradiometrs ir arī slīpuma mērītāju veids, tos var izmantot arī, lai izmērītu leņķus attiecībā pret horizontu būvniecības un mērīšanas aprīkojumam, gaisa kuģu lidojuma trajektoriju un krosa sporta velosipēdistiem.
Gravitācijas gradiometrijai ir dažādi sarežģītības līmeņi, lai izmērītu dažādas paātrinājuma asis, kas ir atkarīga no tā, cik neatkarīgu mērīšanas gradiometru vai akselerometra vienību ir iekļautas ierīcē. Tomēr visi gradiometri ņem iegūtos datus un salīdzina tos ar standarta daudzumu, lai noteiktu pastāvošo izmaiņu ātrumu vai gradienta slīpumu. Gravitācijas gradiometra tehnoloģija jau tiek izmantota kosmosā gravitācijas laukā un līdzsvara stāvokļa Ocean Circulation Explorer (GOCE), ko Eiropas Kosmosa aģentūra (ESA) palaida zemās Zemes orbītā 2009. gadā.
GOCE kuģis riņķo ārējā atmosfērā 162 jūdžu (260 kilometru) augstumā, lai palielinātu uz kuģa esošo gradiometru izšķirtspēju, kur tas pēta okeāna straumju un vulkānisko aktivitāti. No 2009. gada Tventes universitātes pētnieki Nīderlandē izstrādā miniatūru gradiometra versiju, pamatojoties uz līdzīgiem principiem, kas svērtu tikai 35 unces (vienu kilogramu) un varētu tikt pievienota kosmosa zondēm, kas nosūtītas Saules sistēmas izpētei. Divas ar atsperēm slogotas masas, kas piekarinātas ar atsperēm, izmērītu salīdzināmas gravitācijas pievilkšanas izmaiņas līdz pikometra skalai jeb vienai triljonajai daļai no metra. Šie gradiometri varētu noteikt pazemes mēness objektus, kuru diametrs ir 124 jūdzes (200 kilometri) vai mazāks.
Radioviļņu gradiometri, kas sākotnēji tika izmantoti kalnrūpniecībā kā rokas ierīces, tika pielāgoti 2004. gadā, lai lidotu ar UAV lidmašīnām aptuveni 200 pēdu (61 metra) augstumā virs zemes. Tie pārraida radioviļņu un nosaka viļņa atspīdumu, ko izmaina metāla vadītāju klātbūtne zem virsmas vai dobām konstrukcijām. Sākotnējo radioviļņu detektori izfiltrē kā troksni, kas ļauj redzēt daudz vājākas viļņa variācijas, ko rada gradienta atšķirības pazemē. ASV valdība ir turpinājusi sponsorēt šādu radio gradiometru sistēmu izmantošanu un attīstību, veicot pastāvīgus lauka testus no 2007. un 2008. gada.
Cits gradiometra veids ir magnētiskais gradiometrs, ko izmanto arheoloģijā un ar to saistītajās jomās. Tas demonstrē spēju to neietekmēt Zemes magnētiskā lauka svārstības, ko izraisa magnētiskās vētras, un to izmanto, lai atrastu ļoti nelielas anomālijas virsmas tuvumā, kas varētu liecināt par fosilijām vai citām seno civilizāciju atradnēm. Fluxgate gradiometra un cēzija tvaika sensora konstrukcijas tiek izmantotas kopā, lai izmērītu magnētisko lauku, ko Zeme laika gaitā rada apraktām sienām, apdedzinātām objektu atliekām utt. Pēc tam šos rādījumus salīdzina ar Zemes fona magnētisko lauku, lai seklā dziļumā noteiktu arheoloģiskās pazīmes.