Gradiometri mittaa muutosnopeutta, joka tapahtuu tunnetussa määrässä, joka voi sisältää mitä tahansa lämpötilasta paineeseen magneettiseen tai gravimetriseen kenttään. Gradiometreillä on lukuisia laaja -alaisia sovelluksia tieteessä. Niitä käytetään kaikessa arkeologiasta maapallon pinnan ja ilmaston kartoittamiseen.
Painovoimagradiometriä voidaan käyttää maankerrosten tiheyden mittaamiseen pinnan alla öljyä ja mineraaleja varten. Niistä kehitetään pienoiskoossa versioita maanpinnan alla olevien valtamerien, kuten Saturnuksen kuun Enceladuksen, havaitsemiseksi. Radiogradiometrejä on asetettu miehittämättömiin ilma-aluksiin (UAV), joita Yhdysvaltain armeija käyttää havaitsemaan improvisoitujen räjähdysaineiden (IED) johtavat johdot Irakissa, ja niitä käytetään myös havaitsemaan tunnelit maan alla Meksikosta Yhdysvaltoihin huumeiden salakuljettajien käyttämä raja. Koska gradiometri on myös kaltevuusmittari, niitä voidaan käyttää myös mittaamaan kulmia suhteessa horisonttiin rakennus- ja mittauslaitteille, lentokoneiden lentoreiteille ja maastohiihto-pyöräilijöille.
Painovoimagradiometria on vaihtelevasti kehittyneempi eri kiihtyvyysakseleiden mittaamiseksi, mikä riippuu siitä, kuinka monta riippumatonta mittausgradiometriä tai kiihtyvyysanturia on integroitu laitteeseen. Kaikki gradiometrit kuitenkin ottavat saadut tiedot ja vertaavat niitä vakiomäärään määrittääkseen olemassa olevan muutosnopeuden tai kaltevuuskulman. Gravity gradiometer -tekniikka on jo käytössä avaruudessa Gravity-kentässä ja vakaan tilan Ocean Circulation Explorer (GOCE), jonka Euroopan avaruusjärjestö (ESA) laukaisi matalan maan kiertoradalle vuonna 2009.
GOCE -vene kiertää ulkoilmakehässä 162 kilometrin korkeudella parantaakseen aluksella olevien gradiometrien resoluutiota, jossa se tutkii valtamerien käyttäytymistä ja tulivuoren toimintaa. Vuodesta 260 lähtien Alankomaiden Twenten yliopiston tutkijat suunnittelevat pienoisversion gradiometristä, joka perustuu samanlaisiin periaatteisiin ja joka painaisi vain 2009 unssia (yksi kilo) ja joka voitaisiin lisätä aurinkokunnan tutkimiseen lähetettyihin avaruusluotaimiin. Kaksi jousikuormitettua massaa, jotka on ripustettu jousilla, mittaisivat vastaavat vaihtelut gravitaatiovetossa pikometrin asteikolle eli yhden biljoonasosan metristä. Nämä gradiometrit voivat ratkaista maanpinnan alla olevat kuun ominaisuudet, joiden halkaisija on 35 mailia (124 kilometriä) tai pienempi.
Radioaaltojen gradiometrit, joita alun perin käytettiin kaivosteollisuudessa kannettavina laitteina, mukautettiin vuonna 2004 lentämään UAV -lentokoneilla noin 200 metriä maanpinnan yläpuolella. Ne lähettävät radioaaltoa ja havaitsevat aallon heijastuksia, joita muuttaa metallijohtimien läsnäolo pinnan tai onttojen rakenteiden alla. Alkuperäinen radioaalto suodatetaan eräänlaiseksi kohinaksi ilmaisimien avulla, mikä mahdollistaa aallon paljon heikompien vaihtelujen näkemisen maan alla olevista kaltevuuseroista johtuen. Yhdysvaltain hallitus on edelleen tukenut tällaisten radiogradiometrijärjestelmien käyttöä ja kehittämistä käynnissä olevilla kenttätesteillä vuodesta 61 ja 2007.
Toinen gradiometrityyppi on arkeologiassa ja siihen liittyvillä aloilla käytetty magneettinen gradiometri. Se osoittaa kykynsä olla vaikuttamatta magneettisten myrskyjen aiheuttamiin maan magneettikentän vaihteluihin, ja sitä käytetään paikantamaan hyvin pieniä poikkeavuuksia pinnan lähellä, mikä saattaa viitata muinaisten sivilisaatioiden fossiileihin tai muihin kerrostumiin. Fluxgate -gradiometriä ja cesium -höyryanturia käytetään yhdessä mittaamaan magneettikenttä, jonka Maa antaa haudattuihin seiniin, esineiden poltetut jäänteet ja niin edelleen ajan mittaan. Näitä lukemia verrataan sitten maan taustamagneettikenttään arkeologisten ominaisuuksien löytämiseksi matalista syvyyksistä.