生活中每個人都要和計量單位打交道。當我們去市場買菜的時候，不管是肉或者菜通常都是以斤為單位。如果顧客覺得商家的稱不夠準確，那麼他就會把商品放在公平秤上再一次進行測量。而公平秤是由計量人員使用統一的計量標準來保證的，因此這個統一的計量標準就變得非常重要了。
在秦朝統一之前，我國古代有著多種計量標準。秦滅六國之後，秦始皇意識到統一計量標準的重要性，於是便開始設置一些標準的度量。1973年出土的「秦權」就是當時度量質量的國家標準。
在早期歐洲，人們使用身體的某個部位來定義計量單位。例如他們的英尺是採用腳的長度來進行定義的，我們可以看到英尺(foot)的英文和腳的英文是一樣的。但每個人的腳的長度是不一樣的，因此他們可能會選擇以國王的腳為標準。到了工業革命開始以後，由於社會發展的需要，對計量標準提出了更高的要求。18世紀，科學家把子午線的四萬分之一定為長度計量標準1米，他們還把4攝氏度時1升的水定義為1千克。這些計量標準相較以前有了很大的提升，對科學的發展也做出了很大的貢獻，但是這還是遠遠不夠的。
19世紀中期，機械製造業的發展和國際貿易的需求要求計量標準更為精確。用子午線和水來定義長度和質量不僅精度不夠高，而且單位量值也不容易復現。因此，為了保障各國單位的一致性，1875年建立了國際米制公約，成立了國際計量局。國際計量局製造了兩種著名的實物標準：一種是「米原器」，另一種是「千克原器」。
米原器是一根截面為X形的鉑銥合金尺，它上面的兩個刻度之間的長度就被定義為1米。千克原器是一個鉑銥合金圓柱體，它的質量就被定義為1千克。這兩個實物都是利用當時最好的材料和工藝，穩定性相當不錯。各國只要把自己的標準量和它們一對比，就可以把自己國家的單位換算到國際米制標準上。
這種使用實物作為標準的做法在100年內發揮了重大的作用。但是進入20世紀後，工業和科技的飛速發展給計量標準提出了更高的要求，現有的實物標準已經不能滿足要求了，其不足之處主要有三點。
第一，這樣的標準實物製成之後總會有一些難以控制的因素，比如某些物理、化學過程使它的特性緩慢地進行改變，因此其保存的量值也會發生變化。而這種變化是非常緩慢的，很難準確地查明它。第二，計量標準就只有一個或者一套，一旦發生天災人禍等因素造成它的丟失，那麼很難再一模一樣的複製出同一個東西，因此原來的測量值也會中斷。第三，量值的傳遞非常繁雜，從標準實物到現實生活中的應用場景要經過多次傳遞，準確度也會在此時大打折扣。
因此，科學家想要制定一種標準與宏觀的參數無關，如形狀、大小等，它可以消除各種宏觀參數產生的不穩定漂移。更重要的是，它可以在任何時間、任何地點復現，而不像實物標準一旦毀壞就再也不能準確復原了。於是，量子計量標準就應運而生。
第一個量子計量標準是1960年國際計量局採用的Kr原子光波長度基準。它的原理是採用Kr原子兩個特定能級之間發生量子躍遷所發生的光波波長作為長度標準，它的精度能達到10^-9量級。之後，由於雷射技術的發展，製成了一系列穩定的雷射器。1983年，基於雷射波長的長度標準取代了Kr原子的光波長度標準，它的精度能達到10^-15量級。
對質量標準的努力過程就比較漫長。多國聯合科學家團隊曾提出使用矽原子的數目作為質量標準，原理是這樣的：它們先利用矽單晶製作成一個標準的直徑10釐米的球體，然後用X射線測量晶體常數，最後通過分析可計算出矽原子的數目，於是我們就知道1千克矽含有多少個矽原子了。
但是這樣做卻遇到了一些困難。實際的矽晶體並不是完美的，它的內部會有缺位、空穴等缺陷，這就造成了計量原子數目的不準確。還有其表面的氧化層也會造成一些質量上的誤差，矽的同位素有28、29、30三種，也無法對它們的豐度進行精密測量。因此，使用此種方案的不確定度達到10^-7量級，比實物標準精度更低。
另一種有希望建立量子質量標準的是「瓦特天平法」，它原本是為了統一力學功率和電學功率而提出的。在天平的一邊有砝碼，另一邊有一個磁場和運動線圈，運動線圈受到的力和砝碼的重量平衡時，我們就能以此來定義質量。後來又經過一系列的發展，科學家已經能用瓦特天平法來精確測量普朗克常數h了。
2018年，國際計量局開會決定利用普朗克常數來定義質量，並且該決定在2019年5月20日生效。其原理是利用光子的能量公式E=hν和愛因斯坦質能方程E=mc^2進行換算。