铯133原子基态两个能级间跃迁所对应辐射的9 192 631 770个周期的持续时间
中国是世界上最早发明计时器的国家之一。早在公元1088年，当时宋朝的苏颂和韩工廉等人制造了水运仪象台，它是把浑仪、浑象和机械计时器组合起来的装置，可以进行天文观测、模拟天体作同步演示、计时和报时。最早的机械钟是由欧洲工匠发明的，利用绳索悬挂重锤，拉动一系列齿轮，带动时针转动。
16世纪末，著名科学家伽利略通过观察教堂吊灯的摆动，总结出摆的等时性原理，荷兰科学家惠更斯应用该原理设计制造出最早的摆钟。当时机械钟的误差普遍为每天15min，而摆钟的误差则为每周大约1min。惠更斯后来又以铁制的发条为动力，用游丝取代钟摆，制成每天误差不超过1min的小型钟表。
17世纪，英国人发明了锚形擒纵轮，使得钟摆能以很小的摆幅摆动，并因此推出了一种新型的落地式时钟。到18世纪，家用钟表已越来越普及。19世纪，欧洲和美国开始采用工业方法批量生产钟表，逐渐成为普通大众的日用品。
与此同时，很多科学仪器需要高度精确的计时。19世纪末，德国人莱夫勒设计出一种全新的高精度校准仪，用作检验其他时钟的标准计时仪器，被安放在半真空容器内以减小大气压力和温度变化的影响，误差为每天0.1s。
20世纪初，科学家又发明了放置在真空容器中的计时仪，利用电磁脉冲进行校准，精度达到每年误差不超过1s。1928年，美国贝尔实验室的工程师发明了用水晶振子作为频率源的石英钟，误差仅为每天千分之二秒。到40年代末，石英钟的精确度提高到每30年误差为1s。
此后，美国科学家又研制出更为精确的原子钟，利用原子在两个能态之间的周期性振荡作为频率源。如今，铯原子钟已成为全球统一时间的标准计时钟，精度达到每天误差不超过十亿分之一秒。
直到20世纪中叶，人们一直以地球自转的周期24小时作为时间的计量基准，这就是所谓的“平太阳日”，1s等于1/86400平太阳日。铯原子钟的问世让人们发现，原来地球的自转速度并不均匀，每年都会减慢，因此需要重新确定时间标准。1967年，第13届国际计量大会重新规定了时间单位的定义：1s是铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。
为了将铯原子钟确定的标准时间与基于地球自转的天文时间相统一，世界标准时间组织从1972年起采用一个方法，即每隔几年将标准计时钟向前拨快1s，即所谓的“闰秒”。
1889年德国工程师莱夫勒设计的高精度校准仪，精度达到每天误差值仅为0.1s。