原子时间
基本原则
德国物理学家马克斯·普朗克在1900年假设能源原子振荡器的量子化;也就是说，它等于hν,在那里h常量(现在叫做普朗克常数)， ν是频率．爱因斯坦在1905年扩展了这个概念，解释说电磁辐射是否被定位在频率为ν和能量的光子包中E＝hν．尼尔斯·玻尔丹麦人在1913年假设原子存在于能量离散的状态，并且能量相差Δ的两种状态之间的跃迁E伴随着吸收或者发射一个频率为ν = Δ的光子E/h．有关原子时间所基于的现象的详细信息，请参见电磁辐射，放射性,量子力学．
在一种平静中原子，不受相邻原子或外部场的影响，各种状态的能量仅取决于内在原子结构的特征，假定是不变的。在这两种状态之间的转换包括频率为ν的光子的吸收或发射0，指定了与该特定跃迁相关的基频。
原子钟
许多原子和分子的跃迁涉及到在10附近的明确定义的频率10赫兹，和，在可靠的方法产生这种频率后，在二战期间对于微波雷达，它们被应用于计时问题。1946年描述了利用原子和分子跃迁来调节电子振荡器频率的原理，1947年描述了由原子和分子跃迁控制的振荡器量子过渡氨分子构造。一个ammonia-controlled时钟建于1949年国家标准局华盛顿特区;在这个时钟中，频率的变化不超过十分之一8．1954年，一个精度更高的氨调节振荡器——第一个脉泽——被建造出来。
铯钟
1938年，所谓的共振介绍了操纵原子或分子束的技术。这种技术曾被用于几次建造铯束的尝试中原子钟1955年，第一台这样的时钟在英国特丁顿的国家物理实验室投入使用。
在实践中，最精确的频率控制是通过检测辐射与原子的相互作用来实现的，这些原子可以经历一些选定的跃迁。从铯蒸气束，一个磁场首先分离出能吸收基本频率的微波的原子流0．在遍历微波炉场在美国，这些原子中的一些(不是全部)确实吸收了能量，第二个磁场将这些原子隔离开来，并将它们引导到探测器上。当微波频率与ν完全匹配时，到达探测器的原子数量是最大的0，探测器响应用于调节微波频率。铯钟的频率是νt=ν0+ Δν，其中Δν为轻微仪器引起的频移扰动能级的。这个频移可以被精确地确定，并且时钟的电路被安排好，这样νt修正后的工作频率ν0+ ε，其中ε是修正中的误差。频率控制系统精度的衡量标准是分数误差ε/ν0，用γ表示。小型商用铯钟的γ值为±1或2 × 10-12年；在实验室建造的大型时钟中，其操作可以改变，以允许对影响频率的因素进行实验，γ可以减少到±5 × 10-14年．
1955年至1958年间，美国国家物理实验室和美国海军天文台进行了一项联合实验，以确定特丁顿铯束钟所保持的频率星历表第二，这是由华盛顿特区对月球的精确观测所确定的过渡铯-133原子的基本频率为ν0每秒9,192,631,770循环星历表时间．
铯束原子钟的优点是:(1)控制其工作的基频是不变的;(2)其分数误差极小;(3)使用方便。数千个商业制造的铯钟，每个重约70磅(32公斤)，已经投入使用。一些实验室已经建造了大型铯束振荡器和时钟，作为频率的主要标准。
其他原子钟
时钟由氢微波激射器已经在哈佛大学．一些脉泽的频率一直稳定在十分之一左右14每隔几个小时。的不确定性但在基频上，稳定性大于时钟;这个频率大约是1420,405,751.77 Hz。原子束时钟是由一个转换的铷原子已经研制出来了，但工作频率取决于原子钟结构的细节，因此它不具备铯束原子钟的绝对精度。
如果第二个
1967年，CGPM重新定义了秒，使之等于铯-133原子在超精细跃迁过程中发射或吸收的辐射的9,192,631,770个周期;也就是说，国家物理实验室开发的用于控制铯束时钟的过渡。这个定义意味着原子应处于未受扰动的状态海平面．它使如果等于ET的秒，由在观测误差范围内对月球位置的测量确定。该定义不会因任何额外的天文测定而改变。