Το εκκρεμές είναι μια σχετικά μακριά, λεπτή ράβδος από ξύλο ή μέταλλο που καταλήγει σε ένα δίσκο. Στις παλαιότερες εκδόσεις του ρολογιού με εκκρεμές, ο δίσκος βάραινε τη ράβδο του εκκρεμούς καθώς κινούνταν από τη μια πλευρά στην άλλη. Ένα γρανάζι διαφυγής, το οποίο μετέτρεπε την κίνηση ενός γραναζιού σε αιώρηση εκκρεμούς, επέτρεψε στην ενέργεια να πάει στο εκκρεμές για να ξεπεράσει την τριβή έτσι ώστε να μπορεί να συνεχίσει να αιωρείται. Οι μεταγενέστερες εκδόσεις του ρολογιού με εκκρεμές τροφοδοτούνταν από ελατήρια και, τέλος, από μπαταρίες.
Ο Γαλιλαίος πιστώνεται ότι βρήκε την ιδέα του εκκρεμούς ως εργαλείου για τη μέτρηση του χρόνου, έχοντας μελετήσει την κίνησή του ήδη από το 1582. Παρόλο που κατάρτισε σχέδια για ένα ρολόι με εκκρεμές, ο Γαλιλαίος πέθανε το 1642 πριν προλάβει να το κατασκευάσει. Ο Ολλανδός μαθηματικός και αστρονόμος Christiaan Huygens είναι ο άνθρωπος στον οποίο πιστώνεται στην πραγματικότητα η εφεύρεση του ρολογιού με εκκρεμές, το 1656.
Το παλαιότερο ρολόι εκκρεμούς Huygens μέτρησε τον χρόνο με σφάλμα μικρότερο από ένα λεπτό την ημέρα. Με μεταγενέστερα μοντέλα, κατάφερε να μειώσει αυτό το σφάλμα σε λιγότερο από 10 δευτερόλεπτα. Το 1721, ο George Graham αύξησε την ακρίβεια του ρολογιού του εκκρεμούς μειώνοντας το σφάλμα σε ένα δευτερόλεπτο την ημέρα. Το πέτυχε κάνοντας προσαρμογές για αλλαγές στο μήκος της ράβδου του εκκρεμούς, οι οποίες προκλήθηκαν από διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.
Ο Siegmund Riefler και ο WH Shortt αύξησαν ακόμη περισσότερο την ακρίβεια του ρολογιού του εκκρεμούς. Τα ρολόγια του Riefler, τα οποία χρησιμοποίησαν μια διαφυγή που τελειοποίησε το 1889, χρησιμοποιήθηκαν ευρέως στα αστρονομικά παρατηρητήρια και ήταν ακριβή μέχρι το ένα εκατοστό του δευτερολέπτου την ημέρα. Το ρολόι Shortt, που παρουσιάστηκε το 1921, λειτουργούσε με βάση την αρχή του σκλάβου και του κύριου δύο εκκρεμών και αντικατέστησε το ρολόι του Riefler ως ρολόι επιλογής για τα παρατηρητήρια.
Η τεχνολογία ρολογιών χαλαζία εισήχθη τη δεκαετία του 1920 και έγινε το πρότυπο για τη μέτρηση του χρόνου στις επόμενες δεκαετίες. Το ρολόι με εκκρεμές ήρθε για να πάρει την ιδιότητα του συλλεκτικού αντικειμένου, τόσο στην αντίκα όσο και στις πιο σύγχρονες μορφές του. Τρεις συνηθισμένοι τύποι ρολογιών με εκκρεμές που μπορεί να εμφανίζονται σε μια συλλογή είναι το ρολόι κούκου, το ρολόι του παππού και το ρολόι με μανδύα. Για τα ρολόγια κούκου και τα ρολόγια του παππού, το εκκρεμές συνήθως ταλαντεύεται δύο φορές κάθε δευτερόλεπτο και μία φορά κάθε δύο δευτερόλεπτα, αντίστοιχα.