Tot in het jaar 1960 werd de tijdsnorm (de seconde) bepaald door de omwenteling van de aarde. De seconde werd gedefinieerd als een fractie (1/86400) van de zonnedag (het tijdinterval tussen twee doorgangen van de zon door de meridiaan van een observatieplaats). Sinds 1967, wordt de seconde bepaald op aan de hand van de eigenschappen van het Cesium atoom met als gevolg een grotere precisie van de tijdseenheid.

Omwille van het feit dat observaties van de maan en andere planeten afwijkingen vertoonden, wist men al langer dat "de omwentelingsklok van de Aarde" niet zeer stabiel was. Aangezien de lengte van de dag bijgevolg veranderlijk was, en de seconde gedefinieerd was als een fractie daarvan, had de seconde ook een veranderlijke duur, wat voor een meeteenheid natuurlijk ontoereikend was. Desondanks bestond er toen geen enkele klok die een betere tijdsschaal kon genereren dan de omwenteling van de Aarde, en werd de nauwkeurigste bepaling van de tijd verkregen uit de astronomische observaties. Dit veranderde echter toen de atoomklokken hun intrede deden. De wetenschappelijke gemeenschap kon vanaf dan beschikken over een tijdsnorm waarvan de stabiliteit veruit superieur was aan de omwenteling van de Aarde. De seconde bleef de internationale standaardeenheid van tijd, maar werd tijdens de 13de “Conference Générale des Poids et Mesures” opnieuw gedefinieerd, ditmaal als de duur van 9.192.631.770 periodes van de straling die overeenkomt met de overgang tussen de twee hyperfijne energieniveaus van de grondtoestand van het cesium-133 atoom.

Een atoomklok, zal atomen opwekken met behulp van straling waarvan de frequentie overeen komt met de overgangsfrequentie waarmee seconden gegenereerd worden (een puls per seconde). In de praktijk zal de aanwakkerende frequentie zo bijgestuurd worden dat men een maximum aantal atomen in opgewekte staat verkrijgt. Deze bekomen frequentie wordt dan gebruikt om seconden te genereren. In het geval van een Cesium klok wordt dus telkens als men 9.192.631.770 perioden telt, één seconde impuls gegenereerd.