Fysiikan alalla, jota kutsutaan mekaniikaksi, yksinkertainen heiluri on henkinen konstruktio tai idealisoitu teoreettinen malli, jossa pistekokoinen massa on ripustettu tangosta tai narusta, itsessään vähäpätöinen massa, jota käytetään kitkattomassa ja muuten täydellisessä ympäristössä. Jos merkkijono on pitkä ja massa kulkee vain muutaman asteen kaaressa painovoiman vaikutuksesta, tuloksena oleva liike on sekä lineaarinen että harmoninen. Pistemassa toimii ikään kuin jousi vetää sitä toistuvasti edestakaisin pitkin linjaa keskipisteen läpi. Yksinkertainen heilurin liikerata toimii akselina, jonka piste on sen alkuperä. Tätä järjestelmää kuvataan matemaattisesti useilla yhtälöillä, jotka liittyvät suoraan reaalimaailman prosesseihin.
Edellä mainituilla rajoituksilla toimivan yksinkertaisen heilurin jakso tai heilutusaika on T = 2π (g/L) -1/2-tässä yhtälössä painovoima on “g” ja “L” edustaa merkkijono. Jos liikekaari on paljon enemmän kuin muutama aste, yllä lueteltu yksinkertainen yhtälö – vain likimääräinen – ei enää riitä, ja sen on sisällettävä yksi tai useampi lisätty termi äärettömästä viriaaliyhtälöstä. Tämä yhtälö kirjoitetaan T = 2π (g/L) -1/2 [1+ (1/16) θ2+(11/3072) θ4+…]. Theta (θ) on kaaren kulma radiaaneina. Käytännössä mitä suurempi kaari, sitä vähemmän todellinen heiluri muistuttaa yksinkertaista heiluria.
Monien mekaanisten järjestelmien osalta on mielenkiintoista ottaa huomioon sekä liike- että potentiaalienergiat. Yksinkertaisen heilurin on pysähdyttävä ja käännettävä suunta kääntymisensä molemmissa päissä. Kineettinen energia saavuttaa minimin – nolla – näissä kohdissa, joten energiansäästön mukaisesti potentiaalienergia saavuttaa maksiminsa. Päinvastoin, potentiaalienergia minimoituu keinun keskellä, kun taas liike -energia saavuttaa maksiminsa. Nopeus nollautuu molemmista päistä, mutta saavuttaa huippunsa keskipisteessä.
Matemaattinen pohdinta vahvistaa heilurin käytön kelloissa. Vielä vuonna 1929 Rieflerin heilurikello oli edelleen käytössä Yhdysvaltojen aikastandardina. Jopa sen jälkeen se korvattiin toisella heilurikellolla, Shortt -kellolla. Vaikka Shortt -lajike ei enää ole standardi tai maailman tarkimpien kellojen joukossa, se saavutti hämmästyttävän tarkan sekunnin tarkkuuden vuodessa. Tekniikan kehittyessä oli väistämätöntä, että yksinkertaisessa heilurissa idealisoitu perusrakenne korvataan elektronisella ja myöhemmin atomikellolla.