Des corps différents, lâchés dans le champ de gravitation terrestre avec des conditions initiales identiques, acquièrent toujours dans le vide une même accélération égale à 9.81 m/s² au niveau du sol, et donc tombent toujours d'une même hauteur en des temps égaux. Cette égalité des temps de chute des corps est vraie, quel que soit leur poids, et aussi, plus remarquablement, quelle que soit leur composition interne.

Ce fait expérimental est maintenant érigé en un grand principe, le principe d'équivalence. Celui ci peut s'exprimer en disant que l'analogue gravitationnel de la charge des corps, c'est à dire la "masse gravitationnelle" mg, est égale, pour tous les corps, à la quantité de matière, c'est à dire la masse au sens ordinaire ou "masse inertielle" mi.

L'observation du mouvement de la Lune autour de la Terre permet aussi un test du principe d'équivalence. Les compositions internes de la Terre et de la Lune étant différents (la Terre a un noyau à base de fer et nickel, alors que la Lune est principalement formée de silicates), la Terre et la Lune devraient être accélérées différemment vers le Soleil en cas de violation du principe d'équivalence. Il en résulterait un effet de polarisation vers le Soleil de l'orbite relative de la Lune autour de la Terre.