Przybliżenie małego kąta wychyleń Dla małych kątów wychyleń można przyjąć, że wówczas równania ruchu można opisać w kartezjańskim układzie współrzędnych:

Rozwiązania można zapisać jako:

gdzie:

W tym przybliżeniu wahadło takie bez względu na warunki początkowe wykonuje drgania z częstotliwością taką samą jak wahadło matematyczne.

Stałe ruchu A_x, A_y, określa się na podstawie warunków początkowych ruchu wahadła. Przyjmując, że w chwili wahadło znajduje się w punkcie nawrotu (x <> 0, y = 0, Vx <> 0 i Vy = 0), to równania ruchu można zapisać:

Są to równania parametryczne elipsy o półosiach A i B. Wahadło porusza się po elipsie bez zmiany płaszczyzny osi elipsy.

Opis matematyczny thumb|Współrzędne wahadła Położenie wahadła można opisać w kartezjańskim układzie współrzędnych lub w sferycznym o początku w punkcie zawieszenia wahadła. Oś z jest pionowa.

Związki między współrzędnymi:

Energia potencjalna i kinetyczna wahadła:

Lagranżjan dla tego układu wynosi:

Pochodna względem szybkości zmiany kąta θ jest momentem pędu wahadła względem osi z i jest stała:

Równanie ruchu wahadła:

Z równania ruchu wynika:

W ogólności równania nie można rozwiązać metodami analitycznymi.