Я́дерный гироско́п, разновидность квантового гироскопа, чувствительным элементом которого является ансамбль ориентированных атомных ядер, обладающий макроскопическим магнитным моментом $\bm { M}$. Принцип действия ядерного гироскопа основан на зависимости частоты прецессии вектора $\bm { M}$ в постоянном магнитном поле $\bm { H}$ от угловой скорости вращения ядерного гироскопа. Поскольку ядра с чётными числами протонов $Z$ и нейтронов $N$ имеют нулевой магнитный момент, в ядерном гироскопе используются нуклиды с нечётным массовым числом $A = Z + N$, такие как $_2^3He$, $_{36}^{83}Kr$, $_{54}^{129}Xe$ и др. Эти атомы имеют заполненную электронную оболочку, и их полный магнитный момент определяется только магнитным моментом ядра. Для ослабления влияния релаксационных процессов в ядерном гироскопе используются газообразные активные среды.

В криогенных гироскопах ядерные спины ориентируются однородным постоянным магнитным полем при температуре $T ≈ 4,2 К$. В большинстве ядерных гироскопов применяется динамическая ориентация ядер, заключающаяся в изменении равновесной населённости в системе ядерных спинов с помощью оптической накачки, при которой происходит передача момента импульса фотонов от электронов к ядрам.

Изменения $\bm { M}$, вызванные вращением ядерного гироскопа, регистрируют с помощью ядерного магнитного резонанса и эффектов модуляции величины поглощения или фарадеевского вращения плоскости поляризации оптического излучения, проходящего через активную среду гироскопа с прецессирующим магнитным моментом $\bm { M}$. Погрешность определения угловой скорости вращения ядерного гироскопа составляет ⩽ 10^–2 град/ч.