古代天文學(xué)家及物理學(xué)家以日圭、日晷、水鐘、單擺,利用觀測(cè)日影的變化或水位的變化來(lái)計(jì)時(shí).隨著科技進(jìn)步,近代科學(xué)家發(fā)明單擺鐘及石英振蕩器,利用單擺或石英晶體的振蕩周期來(lái)計(jì)時(shí).但上述計(jì)時(shí)方式易受環(huán)境、溫度、材質(zhì)、電磁場(chǎng)甚至觀測(cè)者觀測(cè)角度等影響,穩(wěn)定度不佳,須由天體（地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、月球公轉(zhuǎn)）周期來(lái)校正.1960年以前,CIPM（國(guó)際計(jì)量大會(huì)）以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ),定義以平均太陽(yáng)日之86400分之一作為秒定義.即1 Second = 1/86400 Mean Solar day其穩(wěn)定度在10-8左右.1960~1967年CIPM改以地球公轉(zhuǎn)為基礎(chǔ),定義西元1900年為平均太陽(yáng)年.秒定義更改為：一秒為平均太陽(yáng)年之31556925.9747分之一.1 Sec = 1/31556925.9747 Solar Year at 1900穩(wěn)定度約為10-9.二十世世紀(jì)中葉,由于量子力學(xué)的發(fā)展,發(fā)展了諸如光譜超精細(xì)結(jié)構(gòu)、鎂射及雷射、光磁共振（Optical Pumping）、分子束磁共振、分離震蕩場(chǎng)等實(shí)驗(yàn)及研究,使量子頻率標(biāo)準(zhǔn)取代以天體運(yùn)動(dòng)為標(biāo)準(zhǔn)之天體時(shí)而成為計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn).1967年,CIPM定義秒是銫133原子（Cs133）基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷所對(duì)應(yīng)的輻射的9,192,631,770個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間.此秒定義一直維持至今.秒定義可以以銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)器來(lái)實(shí)現(xiàn),其穩(wěn)定度依據(jù)各標(biāo)準(zhǔn)器的制造方法、維護(hù)環(huán)境的不同而不同.一般商用的銫頻率標(biāo)準(zhǔn)器HP-5071穩(wěn)定度約在10-12左右,法國(guó)LPTF實(shí)驗(yàn)室以絕對(duì)溫標(biāo)10-6度的銫原子噴泉制成的原子鐘,穩(wěn)定度約在10-16左右.