过山车的主要应用的是能量守恒、加速度和力的物理学原理。
刚开始过山车的小列车是依靠弹射器的推力或者链条爬上最高点的,但在第一次下行后,就再也没有任何装置为它提供动力。从这时起,带动它沿轨道行驶的唯一的“发动机”将是重力势能,即由势能转化为动能、又由动能转化为重力势能这样一种不断转化的过程构成的。
过山车的竖直立环是一种离心机装置,当列车接近回环时,乘客的惯性速度笔直地指向前方。但车厢一直沿轨道行进,使乘客的身体无法按直线运动。于是重力推着乘客离开车厢的地板,而惯性则将乘客向地板方向挤压。
当列车沿着回环移动时,作用在乘客身上的合力在不断地变化。在回环的最底部,因为加速度朝上,所以轨道对游客向上的支撑力要大于重力,此时游客可以感觉到超重的现象,即感觉特别沉重。当一路冲上回环时,重力则把乘客向地板的方向推。