原子鐘是一種通過監測原子的共振頻率來測量時間的時鐘。 它基于具有不同能級的原子。 原子中的電子狀態與不同的能級相關，并且在這些狀態之間的躍遷中，它們與非常特定頻率的電磁輻射相互作用。 這種現象是國際單位制 (SI) 定義秒的基礎：

第二個符號 s 是 SI 時間單位。 它是通過取銫頻率的固定數值 Δ ν C s {\\displaystyle \\Delta \\nu _{\\mathsf {Cs}}} ，銫的未擾動基態超精細躍遷頻率來定義的 133個原子，以Hz為單位表示為9192631770，等于s-1。

該定義是國際原子時 (TAI) 系統的基礎，該系統由世界各地的一組原子鐘維護。 作為民用時間基礎的協調世界時 (UTC) 系統實施閏秒，以允許時鐘時間跟蹤地球自轉的變化，精確到一秒以內，同時基于基于秒定義的時鐘 .

原子鐘的精確計時能力也被歐盟的伽利略計劃和美國的GPS等衛星網絡用于導航。 所涉及的原子鐘的計時精度很重要，因為時間測量誤差越小，時間乘以光速得到的距離誤差就越小（納秒或十億分之一秒的計時誤差（ 10?9 或 1?1,000,000,000 秒）轉化為近 30 厘米（11.8 英寸）的距離，因此存在位置誤差）。

原子鐘的主要種類使用冷卻到接近xxx零的溫度的銫原子。 美國的主要標準是美國國家標準與技術研究院 (NIST) 的銫噴泉鐘，名為 NIST-F2，測量時間的不確定度為 3 億年 1 秒（相對不確定度為 10?16）。 NIST-F2 于 2014 年 4 月 3 日上線。

蘇格蘭物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋 (James Clerk Maxwell) 在其 1873 年的《電學與磁學論文》中提出用光波的振動來測量時間： 是長度單位。麥克斯韋認為這比地球自轉更準確，地球自轉定義了用于計時的平均太陽秒。

在 1930 年代，Isidor Rabi 建造了原子束磁共振頻率時鐘設備。

機械、機電和石英鐘的精度會因溫度波動而降低。 正如 James Clerk Maxwell、Lord Kelvin 和 Isidor Rabi 所提議的那樣，這導致了測量原子振動頻率以更準確地計時的想法。 他在 1945 年提出了這個概念，這導致了 1949 年基于氨的時鐘的演示。這導致了 1955 年由 Louis Essen 與 Louis Essen 合作在英國國家物理實驗室建造了xxx個實用的銫原子精確原子鐘 與杰克帕里

1949 年，Kastler 和 Brossel 開發了一種利用光在原子中進行能級躍遷的技術，稱為光泵浦。 該技術可用于產生更強的磁共振和微波吸收信號。 不幸的是，這導致了共振頻率輕微偏移的副作用。 Cohen-Tannoudji 和其他人設法將光線偏移減少到可接受的水平。

Ramsey 開發了一種方法，現在通常稱為 Ramsey 干涉測量法，用于振蕩場中的更高頻率和更窄的共振。 1950 年，Kolsky、Phipps、Ramsey 和 Silsbee 將這種技術用于分子束光譜學。

1956 年后，原子鐘被許多團體研究，如美國國家標準技術研究所（前身為國家標準局）、德國聯邦物理技術研究所（PTB）、國家研究委員會（NRC） 在加拿大，英國國家物理實驗室，國際時間局（法語：Bureau International de l\'Heure，縮寫BIH），在巴黎天文臺，國家無線電公司，Bomac, Varian, Hewlett-Packard and Frequency &amp ; 時間系統。

在 1950 年代，國家無線電公司售出了 50 多臺xxx臺原子鐘 Atomichron。 1964 年，惠普公司的工程師發布了 5060 機架式銫鐘。

1968 年，秒的持續時間被定義為銫 133 原子未受擾動的基態超精細躍遷頻率的 9192631770 次振動。 在此之前，它的定義是在 1900 年的回歸年中有 31556925.9747 秒。