La précision des horloges usuelles est insuffisante pour répondre aux besoins de la recherche fondamentale. Pour répondre à ce besoin, des horloges utilisant certaines propriétés des atomes ont été élaborées dès les années 1950.

Ces horloges reposent sur un principe conçu par un physicien américain en 1946. Les horloges atomiques comptent les oscillations naturelles de l'atome de césium qui vibre 9 192 631 770 fois par seconde. L'horloge avance d'une seconde lorsqu'un système électronique a compté ce nombre de vibrations.

Les horloges atomiques ont une précision tout à fait extraordinaire. Les horloges atomiques industrielles ont une précision de l'ordre de ± 5 picosecondes. Les horloges de laboratoire ont une précision telle qu'elles ne varieraient de pas plus d'une seconde en trois millions d'années.

Ce type d'horloge est utilisé en recherche fondamentale (en astronomie ou en physique atomique), dans les télécommunications (pour synchroniser des réseaux à haut débit), pour le système de repérage GPS mais également pour définir le temps universel (U.T.C. Universal Time Coordinated) que certains émetteurs radio diffusent.

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