De to store kulene ble plassert på passe avstand fra staven i torsjonsvekten. Tiltrekningskraften mellom de store og de små kulene fører til at staven dreies og derved vrir opphengsstrengen. Ytterligere dreiing opphører når torsjonskreftene i strengen oppveier tiltrekningskreftene mellom de små og de store kulene. De store kulene ble vekselvis svingt inn mot de små kulene fra motsatt side. Dette for å nøytralisere eventuelle forskjeller i torsjonsstivheten i strengen for vridning mot høyre og venstre. Når en kjenner dreiemomentet i strengen for en gitt vinkel kunne Cavendish beregne tiltrekningskreftene mellom de to par med masser. Siden Jordens tiltrekning på de små kulene kunne måles direkte ved å veie dem, kunne han regne ut Jordens tetthet ved å benytte Newtons gravitasjonslov. Cavendish fant at Jordens tetthet var 5.448 ± 0.033 ganger tettheten til vann. (Egentlig skrev Cavendish 5.48 ± 0.038 i sin rapport grunnet en banal regnefeil som ble oppdaget i 1821 av F.Baily).