Foucault -heiluri, kuten muutkin heilurit, koostuu painosta, joka roikkuu köydestä tai vaijerista. Paino nostetaan ja päästetään irti, ja heiluri heiluu edestakaisin pystytasossa, kunnes kitka yllä olevan kiinnityspisteen tai sitä ympäröivän ilman kanssa hidastaa sitä. Sitten heiluri, kuten keinu, tarvitsee uuden painalluksen saadakseen sen uudelleen liikkeelle. Joskus ennen 19 -luvun puoliväliä fyysikko Leon Foucault tajusi, että jos hän voisi pidentää heilurin heiluttamisaikaa ennen kuin se pysähtyy ja poistaa kitkan kiinnikkeestään yläpuolelta, maapallo voitaisiin nähdä pyörimässä sen alta, mikä osoittaa sen olevan Maa pyörii taivaan alla eikä päinvastoin.
Foucault tiesi, että mitä pidempi vaijeri oli kiinnitetty painoon, sitä hitaammin heiluri heilui. Hän pystyi kiinnittämään yllä olevan köyden melkein kitkattomaan tappiin, ja jos hän käytti erittäin suurta painoa, heiluri heilui niin hitaasti, että se näyttäisi muuttavan suuntaa, kun Maa siirtyi sen alta. Haittapuolena oli, että koska Foucault -heiluri oli suurin koskaan luotu heiluri, Foucault tarvitsi rakennuksen, jossa oli erittäin korkea katto. Pantheon, jättiläinen mausoleumi, jossa oli pylvässisäänkäynti ja korkea kupolikatto, tarjottiin, ja Foucault -heilurilla oli koti.
Foucaultin heiluri ei ainoastaan osoita, että maapallo pyörii akselinsa ympäri, vaan myös gyroskoopin tavoin vapaasti pyörivä kone, joka ei muuta suuntaa, ellei sitä työnnetä, se kuvaa Newtonin ensimmäistä liikelakia. Syy siihen, miksi maapallo voi siirtyä heilurin alta, on se, että heiluri on liikkeessä eikä muuta sen liikettä vastaamaan maan liikettä, ellei jokin lisävoima vaikuta siihen. Esittelyssä oli kuitenkin ongelma. Foucault -heiluri Pariisin Pantheonissa, Ranskassa, kesti yli kolmekymmentä tuntia alkuperäisen sijaintinsa saavuttamiseen, enemmän kuin aika, jonka maapallo tarvitsi yhden kierroksen suorittamiseen.
Yksinkertainen yhtälö kertoo tutkijoille tarvittavan leveysasteen, jotta Foucaultin heiluri olisi tehokkain, ja yhtälö ennustaa, että päiväntasaajalla maapallo ei pyöri heilurin alta. Jos Leon Foucault olisi tehnyt kokeilunsa päiväntasaajalla, hän ei olisi nähnyt heilurin suunnan muutosta, vain edestakaisin liikkeen. Pohjois- ja etelänavat ovat myös ihanteellisia paikkoja kokeilulle. Foucaultin heiluri antaisi maapallon kiertää sen alta tarkalleen 24 tunnissa pohjoisnavalla, ikään kuin ripustettuna pohjoistahtiin. Videot ovat saatavilla verkossa havainnollistamaan Foucault -heilurin liikevaihteluita päiväntasaajan ja napojen välillä.
Nykyään on tuhansia Foucault -heilureita, jotka sijaitsevat pääasiassa yliopistoissa ja tieteellisissä laitoksissa ympäri maailmaa. Nämä heilurit eivät ole jatkuvassa liikkeessä, koska energian menetyksen myötä paino nousee yhä alemmalle tasolle, kunnes se osoittaa alaspäin maan keskipisteeseen ja pysähtyy. Heilurin käynnistämiseksi alun perin köyttä käytettiin painon nostamiseen maksimikorkeudelle. Köysi sytytettiin tuleen, joten sen palamisen aikana lisävoimat eivät vaikuttaneet heilurin liikkeeseen käynnistyksen yhteydessä. Nykyaikaiset heilurit käyttävät yleensä magneettisia laitteita heilurin käynnistämiseksi ja pitämiseksi liikkeessä.