باتری های گرانشی می توانند طرح ها و ساختارهای متفاوتی داشته باشند، اما همه باتری های گرانشی از ویژگی های یکسان فیزیکی برای تولید انرژی استفاده می کنند. انرژی پتانسیل گرانشی، کار مورد نیاز برای حرکت یک جسم در جهت مخالف گرانش زمین است که توسط معادله U=mgh بیان می شود، که در آن Uانرژی پتانسیل گرانشی است، m جرم جسم است، g شتاب جسم به دلیل گرانش (9.8 متر بر مجذور ثانیه بر روی زمین)، و h ارتفاع جسم است. با استفاده از اصل کار - انرژی، مقدار کل انرژی تولید شده را می توان با معادله ∆E=mg(h1-h2) بیان کرد
که در آن Eمقدار کل انرژی تولید شده است و h1 و h2 نشان دهنده ارتفاع اولیه و نهایی جسم است. تغییر انرژی مستقیماً با جا به جایی عمودی یک جرم ارتباط دارد. هرچه جرم بیشتری برداشته شود، انرژی بالقوه گرانشی بیشتری ذخیره می شود. تغییر انرژی همچنین مستقیماً با جرم یک جسم ارتباط دارد. هرچه جرم سنگین تر باشد، تغییر انرژی بیشتر می شود.
در یک باتری گرانشی، جرمی جا به جا یا بلند می شود تا انرژی پتانسیل گرانشی تولید کند که به الکتریسیته تبدیل می شود. باتری های گرانشی با بالا بردن جرم به ارتفاع مشخص با استفاده از پمپ، جرثقیل یا موتور، انرژی پتانسیل گرانشی را ذخیره می کنند.
پس از این که جرم بالا برده شد، جسم انرژی پتانسیل گرانشی خاصی را بر اساس جرم جسم و میزان ارتفاع آن ذخیره می کند. سپس، انرژی پتانسیل گرانشی ذخیره شده به الکتریسیته تبدیل می شود. جرم پایین آورده می شود یا رها می شود تا به همان ارتفاع اولیه خود بیفتد، که باعث می شود ژنراتور بچرخد و برق تولید کند.