在上世紀30年代，美國哥倫比亞大學的實驗室多伊薩克拉比和學生對原子及原子核的基本性質展開了研究，使原子計時研製取得了實質性的進展。拉比設想原子在穿越振動的電磁場的時候，在某種條件之下會導致電子的躍遷，原子鐘就是利用共振的電磁場的頻率作為節拍器來產生時間的脈衝。在1949年，拉比的學生洛曼拉姆齊提出原子兩次經過振動的電磁場結果可以產生更加精確的時鐘，在1989年還因此獲得了諾貝爾物理學獎。看來利用原子來記錄時間的條件已經滿足了。
那麼第二個接觸器能否被滿足呢？實際上前面講過人類總會發明相關的儀器來精確地記錄振動的次數，其實現在對於我們爭奪次數，多數是利用電子計數器來實現的，而且技術的精度剛才前面所說的銫原子的振蕩頻率是能夠被精確地記錄下來的，如果高的到達了可見光範圍之內的這種光的振動的話，可能需要一些分頻器壓分開進行處理。總的來說，計數器從我們現在的電子工業的角度上講，已經完全突破了，沒有問題。
在1967年舉行的第13屆國際計量大會上，專家們選出了以銫原子躍遷作為秒的新的定義，使得記錄時間的方式從此進入了原子時代，這個定義一直維持至今，因此利用銫原子的特性所製成的定時器，也具備高度的可靠性和複製性。目前最先進的銫原子鐘，比如說美國的國家標準的銫原子鐘可以做到2乘以10的-15次方的精度，也就是說2000萬年才有一秒誤差。現在最新的原子鐘可以做到幾十億才誤差一秒，京東又大大的提高了。那麼為什麼國際計量大會會選擇銫原子鐘呢？實際上與銫原子的特性有關係，我們知道的原子的原子核有55個質子和78個中子結合而成，額外只有55個電子繞著原子核運動，根據量子力學的原理，原子能只能取分立的、不連續的能量狀態，也就是能量是量子化。
而這些能級則是由原子核外圍的電子運動軌跡所決定的。原子核外的電子除了最外層的電子之外，其他都被原子核的電磁力所束縛掉，相對而言的話會比較穩定，那只有最外層的熱電子，它在運動的時候不容易受到原子核內其他電子的相互幹擾值，受到原子核的庫侖力和微弱的原子核自旋的影響，而這些微弱的原子核資源作用能夠把基態的能量再細分為兩個，幾乎擁有相同的能級，我們稱為超精細能級，那麼當電子吸收或放出光子能量符合這兩個超精細能級的能量之差時，電子就可以在這兩個超精細的能級之間發生躍遷，從而改變原子的狀態，就是由於銫原子具有如此特殊的原子結構，才會把銫原子超精細的結構震蕩作為秒的定義。
那麼銫原子鐘到底是怎麼樣工作的呢？實際上USA原子鐘現在大概可以分為兩類。傳統的銫原子鐘是由銫原子與微波的相互作用，形成了共振吸收以探測銫原子躍遷的能量來對應的頻率達到實現第一個秒的目的。其方法就是利用外加磁場，讓銫原子的兩個超精細的積碳的能級能夠分離開，然後將處於單一輪胎的四原子經過微波共振、腔振與微波作用之後，一部分銫原子躍遷到較高的能級上，銫原子躍遷到這一能級上的比例可以代表微波場的頻率，與銫原子共振頻率的重疊度，微波的頻率和銫原子的共振頻率相一致，這使得微波頻率就可以實現對秒的新的定義。
簡單來說就是說人類能夠產生電子晶體的振蕩頻率，已經到達了微波這個頻率範圍之內，至於我們給定的晶體的振蕩頻率到底為多少？沒辦法通過有效的手段來進行精確的測量。如果說銫原子振蕩和微波的頻率達到共振的時候，那這個時候我們通過相關的儀器測量，就可以精確的把微波的共振頻率給確定下來，結合銫原子的世界把微波的晶體震蕩的頻率作為一個時間的基準，實際上就是利用銫原子在對晶體的微波振蕩頻率做一個校準。我們可以簡單認為與傳統的原子鐘有很大的不同。
另外一種原子鐘叫做噴泉式的銫原子鐘。噴泉式的銫原子鐘主要是以雷射製冷的色圓的圓為基礎。浙江冷的原子團向上發射形成噴泉狀而得名，其中工作的四原則像噴泉一樣上升，而這一運動使得我們頻率的計算更加精確，而當冷原子團在路徑上放置的微波腔共振的時候，就可以將銫原子團與微波腔共振的信號頻率進行鎖定。之所以要用冷原子彈壓，其實一個重要的因素就在於銫原子的運動如果特別快的話，那麼和微波的作用時間短的就比較短，所以說不方便測量。如果銫原子的運動特別慢的情況下，和微波的作用時間就比較長，所以說信號的解析度和測量的精度都比以前要好，大概能好100倍。
除了上面我們介紹的銫原子鐘，原子鐘的類型其實還有很多，比如說這種叫做氫原子的鐘，是一種精密的計時工具。那氫原子鐘是現在多數科學實驗室和生產部門廣泛使的一種精密的時鐘，它就是利用原子能極的跳躍，輻射出的電磁波來控制和校準我們的石英晶體的振蕩，也就是我們說的石英鐘。氫原子鐘的穩定性也相當高，每天的變化呢只有十億分之一秒。
還有一種最簡單和最緊湊的原子鐘，也就是我們說的銣原子鐘，他現在是做到了最簡單和最緊湊。還有種叫做CPT的原子鐘，它是利用原子的相干布局囚禁原理而實現的一種新型原子鐘，也是從目前在我們的日常生活之中，往往需要校準時間。現在和以前應該有很大的差別，以前我們是聽廣播或是看電視臺所轉播的節目去校正時間。現在自從有了手機之後，手機的時間會自動的進行調整，實際上手機的校準時間就是利用我們國家的天文臺統一發布的時間，通過衛星的信號對手機進行相關的校準。