Lo strumento è un orologio a pendolo di altissima precisione protetto da una camera pneumatica, costituita da un recipiente cilindrico in rame sigillato superiormente da una campana di vetro. L'intera struttura è ancorata alla parete mediante un anello in ghisa fissato su una lastra di marmo. Un rubinetto posto nella parte inferiore del cilindro consente, tramite l'impiego di una pompa a mano, di generare il vuoto parziale all'interno della custodia, minimizzando così la resistenza dell'aria sul pendolo. Il quadrante, rifinito in argento e incorniciato da un anello d'ottone, presenta la tipica configurazione astronomica: il cerchio principale è dedicato alla lettura dei minuti, mentre all'interno sono ricavati due quadranti ausiliari per i secondi (nella parte superiore) e per il computo delle 24 ore (nella parte inferiore). Il pendolo è in acciaio invar, materiale scelto per la sua quasi nulla dilatazione termica, vincolato direttamente all'ancora tramite una sospensione a lamina metallica; l'elasticità di questa lamina permette di accumulare e trasmettere l'impulso elettrico necessario al pendolo per perpetuare il proprio moto in modo fluido e costante.
Per garantire un controllo meticoloso delle condizioni interne alla camera pneumatica, lo strumento è corredato da un apparato di monitoraggio ambientale. Nella parte posteriore del meccanismo è infatti sospeso un barometro di Bunten, affiancato da un termometro inserito su un supporto d'ottone con scala centigrada e da un igrometro. Questo sistema di sensori permette di verificare costantemente ogni minima variazione di pressione, temperatura e umidità all'interno del recipiente, parametri cruciali per mantenere le eccezionali prestazioni cronometriche garantite dall'alimentazione elettrica dello strumento.