นาฬิกาประจำหอนั้นมีชื่อเสียงอย่างมากในด้านความเที่ยงตรง โดยกลไกนาฬิกาถูกออกแบบโดยเอ็ดมุนด์ เบ็กเกตต์ เดนิสัน และจอร์จ แอรี ต่อมาเอ็ดเวิร์ด จอห์น เดนต์ เป็นผู้สร้างกลไกนาฬิกา ถึงกระนั้นเดนต์ต้องถึงแก่กรรมก่อนที่นาฬิกาจะเสร็จ จนต้องให้เฟรเดอริก เดนต์ ผู้บุตรนอกสมรสเป็นผู้สร้างต่อจนสำเร็จ อย่างไรก็ดี กลไกของนาฬิกาถูกสร้างขึ้นก่อนตัวหอเสร็จถึง 4 ปี ทำให้เอ็ดมุนด์ เดนิสัน มีเวลาที่จะทดสอบความแม่นยำ

เดิมที นาฬิกาที่ออกแบบไว้ใช้กลไกขาขัดเฟือง (deadbeat escapement) ซึ่งเป็นกลไกที่อาศัยขาเหล็กสองขา สลับกันไกวชนฟันเฟือง ซึ่งการชนเฟืองบ่อย ๆ นี้เองที่ทำให้ฟันเฟืองสึกหรอง่าย ดังนั้นจึงเปลี่ยนมาใช้กลไกลูกตุ้มชนตัวขัด (gravity displacement) เมื่อลูกตุ้มแกว่งชนตัวขัดหนึ่ง ตัวขัดนั้นจะปล่อยออกและทำให้เฟืองกลหมุนลงไปชั่วขณะ แต่ตัวยึดที่เฟืองกลจะไปขัดกับขาขัดอีกอัน พอลูกตุ้มเด้งกลับก็จะปล่อยขาขัดอีกอันให้เลื่อนที่ ทั้งนี้ เฟืองกลจะต่อเข้ากับลานที่ทำจากรอกคล้องตุ้มน้ำหนัก เมื่อถึงเวลาจะต้องกว้านรอกเป็นระยะ ๆ ลูกตุ้มที่ใช้ในหอนี้ มีความยาวทั้งสิ้น 4 เมตร และหนัก 300 กิโลกรัม ไกวไปกลับใช้เวลา 2 วินาที บนลูกตุ้มจะมีหลักเสียบเหรียญสตางค์ของอังกฤษเพื่อปรับตั้งเวลา หากใส่มาก ตำแหน่งศูนย์กลางมวลจะเลื่อนขึ้นเป็นผลให้ระยะเวลาการแกว่งสั้นลง (ลูกตุ้มไกวเร็วขึ้น) ในทางกลับกันถ้าเอาออก ก็จะได้ระยะเวลาการแกว่งมากขั้น (ลูกตุ้มไกวช้าลง)

กลไกที่เป็นเฟืองของนาฬิกา ประกอบด้วยเฟืองกล เฟืองระฆังบริวาร และเฟืองระฆังใหญ่ทั้งหมดวางอยู่บนโต๊ะรองรับสีเขียวแก่ ที่ขอบโต๊ะจารึกข้อความเป็นสีทองว่า "THIS CLOCK WAS MADE IN THE YEAR OF OUR LORD 1854 BY FREDERICK DENT OF THE STRAND AND THE ROYAL EXCHANGE, CLOCKMAKER TO THE QUEEN, FROM THE DESIGNS OF EDMUND BECKETT DENISON Q.C." แปลเป็นไทยได้ว่า "นาฬิกาเรือนนี้สร้างขึ้นเมื่อปีพุทธศักราช 2397 (ค.ศ. 1854) โดยเฟรเดอริก เดนต์ เพื่อน้อมเกล้าฯ ถวายสมเด็จพระราชินีนาถวิกตอเรีย โดยการออกแบบของเอ็ดมุนด์ เบ็กเกตต์ เดนิสัน" [16]