שעון מכני הוא אביזר המסוגל למדוד את הזמן כשהוא נעזר אך ורק בגלגלי שיניים, מנופים וקפיצים, תוך כדי שהוא מנצל את חוקי הפיזיקה הקלאסית בכדי לעשות זאת. שעון הקוורץ (או סוללה) המוכר לכולנו, לעומתו מנצל זרם חשמלי העובר דרך גביש קטנטן של קוורץ ומעגל אלקטרוני ומודד את מספר הפעמים שהאחרון רוטט, בתדר של 32,768 הרץ.

בשעון המכני לעומת זאת מדובר במכונה מורכבת הרבה יותר, שכדי להבין אותה נחלק את המנגנון למרכיבים העיקריים שלה. חשוב לזכור שרוב המנגנונים של השעונים הם קטנים מאוד, הממוצע הוא קוטר של כ-26 מ”מ והעובי הממוצע יכול להיות בין 4 ל-6 מ”מ.

כל תנועתו של השעון מתחילה בקפיץ המתיחה, ממש כמו הקפיץ שיש במכוניות צעצוע, אלו שמושכים אחורנית ואז משחררים. גם קפיץ המתיחה בשעון נמתח ומחפש להתרוקן בבת אחת. הקפיץ שוכן בתוך תוף שהוא כמו קופסת טונה קטנה ושטוחה. לקופסת הטונה הזו יש שיניים קטנות הממוקמות בהיקפה, והיא מתחברת לשורה של שלושה גלגלי שיניים. גלגלים אלו ממוקמים בשרשרת אחד אחרי השני ונקראים Drivetrain. תפקיד  רצף הגלגלים הוא לשמש מעין חבל המקשר בין תוף המתיחה לבין מנגנון הבריחה. במקביל גלגלים אלו מחוברים למיסב מרכזי (במרכז המנגנון) אשר עליו מרכיבים את המחוגים שאנו רואים.

מנגנון הבריחה נמצא בקצה השני של שרשרת הגלגלים. תפקידו הוא לקצוב את פירוק הקפיץ שבתוך התוף. זהו החלק הכי רגיש של כל השעון והוא נחשב לליבו של השעון. לצורך מילוי תפקידו יש במנגנון הבריחה שלושה מרכיבים.

הראשון הוא גלגל הבריחה, מדובר על גלגל שיניים עם שיניים ארוכות דמויות זרועות והוא מחובר לגלגל האחרון של הדרייב-טריין. החלק השני הוא חלק דמוי מזלג עם שני שפיצים (לרוב עשויים אבן אודם, לאחרונה גם סיליקון). השפיצים האלה נועדו לעצור את זרועות גלגל הבריחה כל אחד בתורו. החלק השלישי שאחראי על המקצב הוא המשקולת.

המשקולת היא בעצם סביבון מתכתי אשר נע מצד לצד (בדומה למטוטלת של שעוני סבא), בעזרת קפיץ קטן הממוקם במרכזה (Hair Spring). המשקולת-סביבון עושה סיבוב לצד אחד ואז חוזרת לצד שני, בזמן שהקפיץ הנימי מתרחב ומתכווץ. התנועה הלוך ושוב הזו גורמת למזלג המחובר למשקולת גם כן לנוע מצד לצד.

בכל קפיצה המזלג נותן לעוד שן אחת של גלגל הבריחה לעבור. אותו גלגל בריחה מאפשר לתוף בקצה השני של השעון לפרוק את המתח שלו במידת ההתקדמות של אותה שן שהשתחררה. המכה של שפיץ המזלג כנגד הזרועות של גלגל הבריחה היא זו שנותנת לנו את צליל הטיק-טק האופייני של השעונים המכניים. באופן זה מתפרק הקפיץ לאיטו לאורך יומיים עד שלושה לרוב.

 דרך קלה להמחיש את התהליך בבית היא למלא בקבוק של ליטר וחצי מים, לסתום את הפיה עם כף היד ולהפוך את הבקבוק. לחץ המים שאנו מרגישים על היד דומה במהותו ללחץ של הקפיץ הרוצה להתפרק. אם נזיז את היד מהר ונחזור לחסום את הפיה, וחוזר חלילה, אז היד שלנו היא מנגנון הבריחה. מנגנון הקוצב את מהירות התרוקנות המים מהבקבוק. באותו אופן מנגנון הבריחה בשעון קוצב את זמן פריקת הקפיץ.

ככל שהקפיץ הולך ומתפרק, המחוגים נעים קדימה ומראים לנו את הזמן העובר על פני לוח השעון. בדרך כלל המשקולת עושה מספר סיבובים בכל שנייה. עקביות התנועה שלה היא זו שקובעת את דיוק השעון במדידת הזמן. משקולת הנעה מהר מדי תגרום לשעון למהר, וכך גם להפך – משקולת איטית מידי תגרום לשעון לפגר. כיול מהירות המשקולת הוא מרכיב עיקרי בשעון מכני בכדי שיעבוד כמו שצריך.

נשארה אפוא השאלה האחרונה, מהיכן מגיעה האנרגיה לקפיץ?

את הקפיץ ששוכן בתוך התוף ניתן למתוח באופן ידני, או באופן אוטומטי. בחלק מהשעונים ניתן לעשות זאת בשתי הדרכים במקביל. בעבר, היו מותחים את התוף באופן ישיר עם מפתח שהיה נכנס דרך חור בלוח השעון או בגבו. אולם כבר בשלהי המאה ה-19 הומצא מנגנון ששומר עד היום את שמו Keyless work, דהיינו מנגנון מתיחה חסר מפתח. המנגנון מאפשר להפעיל סדרה של גלגלי שיניים, על ידי סיבוב הכתר, כשהם מסובבים את התוף ובכך מותחים את הקפיץ שבתוכו.

המתיחה האוטומטית, הנפוצה יותר כיום וכוללת את מרבית השעונים המכניים, היא מתיחה הנעשית ללא התערבות ישירה שלנו. ישנה משקולת גדולה מעל כל המנגנון (או קטנה בתוכו) אשר בתנועתה מניעה גלגלי שיניים המחוברים ישירות לתוף. דרך תמסורת זו, התנועה הטבעית של עונד השעון, מניעה את המשקולת ומותחת את התוף. יש סוגי משקולות ומנגנוני מתיחה מגוונים, התואמים לתקופות שונות ופיתוחים שונים.