Từ định luật vạn vật hấp dẫn, lực tác dụng lên một cơ thể tác động bởi lực hấp dẫn của Trái Đất được đưa ra bởi:

F = G m 1 m 2 r 2 = ( G m 1 r 2 ) m 2 {\displaystyle F=G\,{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}=\left(G\,{\frac {m_{1}}{r^{2}}}\right)m_{2}}

Trong đó: r là khoảng cách giữa tâm Trái Đất và bề mặt (xem bên dưới), ở đây chúng ta lấy m1 là khối lượng của Trái Đất và m2 là khối lượng của bề mặt.

Ngoài ra, định luật thứ hai của Newton, F =ma, trong đó m là khối lượng và a là gia tốc, ở đây cho chúng ta biết rằng:

F = m 2 g {\displaystyle F=m_{2}\,g\,}

So sánh hai công thức với nhau, cho ta thấy:

g = G m 1 r 2 {\displaystyle g=G\,{\frac {m_{1}}{r^{2}}}}

Vì vậy, để tìm gia tốc do trọng lực ở mực nước biển, hãy thay thế các giá trị của hằng số hấp dẫn, G, khối lượng của Trái Đất (tính bằng kg), m1 và bán kính Trái Đất (tính bằng mét), r, để tính giá trị của g.

g = G m 1 r 2 = 6.67384 ⋅ 10 − 11 m 3 ⋅ k g − 1 ⋅ s − 2 5.9722 ⋅ 10 24 k g ( 6.371 ⋅ 10 6 m ) 2 = 9.8196 m ⋅ s − 2 {\displaystyle g=G\,{\frac {m_{1}}{r^{2}}}=6.67384\cdot 10^{-11}\,\mathrm {m} ^{3}\cdot \mathrm {kg} ^{-1}\cdot \mathrm {s} ^{-2}\,\,\,{\frac {5.9722\cdot 10^{24}\,\mathrm {kg} }{(6.371\cdot 10^{6}\,\mathrm {m} )^{2}}}=9.8196\,\,{\mbox{m}}\cdot {\mbox{s}}^{-2}}

Lưu ý rằng công thức này chỉ hoạt động vì theo như thực tế toán học, trọng lực của một vật đồng nhất, như được do bên trên hay trên bề mặt của vật đó, giống như khi tất cả khối lượng của vật đó tập trung tại một điểm tại tâm của nó. Đây là những gì cho phép chúng ta sử dụng r là bán kính Trái Đất.

Giá trị thu được đồng ý xấp xỉ với giá trị đo được của g. Sự khác biệt có thể được quy cho một số yếu tố, được đề cập trong phần “Biến thể”:

• Trái Đất không đồng nhất
• Trái Đất không phải là một hình cầu hoàn hảo và phải sử dụng giá trị trung bình cho bán kính của nó
• Giá trị tính toán này của g chỉ bao gồm trọng lực thực. Nó không bao gồm việc giảm lực ràng mà chúng ta cho là giảm trọng lực do chuyển động quay của Trái Đất và một số lực hấp dẫn bị phản lại bởi lực ly tâm.

Có sự không chắc chắn đáng kể trong các giá trị của r và m1 như được sử dụng trong tính toán này và giá trị của G cũng khá khó để đo chính xác.

Nếu biết G, g và r thì phép tính ngược sẽ đưa ra ước tính khối lượng của Trái Đất. Phương pháp này đã được Henry Cavendish sử dụng.