La cassa è insolita, in legno di pero ebanizzato, con elementi ornamentali, volute e filettature dorati. Il piedistallo sostiene una loggia a otto colonne, che racchiude una leggera struttura di ottone dorato formata da segmenti a linee curve che imitano tre sviluppi elicoidali. Appena sotto le colonne, in un riquadro al centro, si trova il quadrante con cerchio orario argentato su cui sono incise le ore in numeri romani, i quarti e le mezze. In alto è praticato il foro di carica. Nel 1797 furono applicati vetri di protezione della struttura curvilinea di ottone. La macchina è collocata dentro la cassa all'altezza del quadrante. È mossa da peso con fune e suo tamburo e un treno di tre ruote di ferro, controllato da due ventole di ottone, che si sviluppa orizzontalmente entro due strette platine di ferro. Il sistema di regolazione è costituito da una pallina (che all'origine doveva essere di piombo o argento dorato), la quale, dopo essere stata lanciata in alto, scende lungo il percorso curvilineo costituito dal sottile nastro di ottone, con guide laterali, tra le colonne della loggia. La pallina cade infine entro la canna di lancio e col suo peso svincola il congegno a catapulta: viene così proiettata verso l'alto, entro apposito foro nella sommità della cassa. Da qui la pallina rimbalza su un piano inclinato che la dirige all'imboccatura posta alla sommità del percorso curvilineo. Qui inizia la nuova discesa. Nel contempo il movimento di orologeria ricarica il congegno di lancio. La durata di ogni ciclo, che dipende dal peso specifico della biglia e dall'inclinazione del nastro, è di circa 30 secondi.

Questo orologio viene ricordato nell'inventario del 1692 della Guardaroba Medicea (conservato presso l'Archivio di Stato di Firenze), come un "...oriuolo o strumento detto moto perpetuo...". All'interno del piedistallo si trova la scritta "Rassettato tutto nel 1797 a di 2 7mbre Sud.o Il legname da Pasquale Bassetti. Il meccanismo da Fe. Gori". La definizione "moto perpetuo" scaturisce dalla moda secentesca per simili invenzioni.