時鐘技術在現代科學技術中有著廣泛的應用，其中，晶體振蕩器以其使用壽命長、廉價等優點，獲得了廣泛應用，但是晶體振蕩器的精度水平較低，并且會由于溫度、老化等因素產生頻率的漂移，長期穩定性較差。

　　許多領域對時間指標的要求越來越高，如電力、通訊、軍事、航空航天等，都需要高精度的同步時鐘作為參考，協調整個系統的正常運行。原子鐘是根據原子物理學及量子力學的原理制造的高準確度和高穩定度的振蕩器，在短期及長期穩定度都比較優良的時間頻率標準。在通信領域的數字同步網中作為第一級基準時鐘，是同步網中向數字設備提供同步標準信號的最高基準源。

　　物質由原子組成，原子中含有原子核和外層電子。一個原子可能處于多種狀態，并與其所具有的能量相對應。具有最低能量的狀態叫基態，受外界影響(如磁場、電磁波輻射等)能量隨之而變化的狀態叫受激態。根據原子處于基態及受激態所具有的能量不同有不同的能量等級，原子能量等級的改變稱為能級躍遷。當原子由受激狀態變到低能量狀態時，釋放的電磁能稱為光子，反之如果原子吸收了電磁輻射能或光子，也將從低能態躍到高能態。量子力學研究證明：兩能級之間躍遷產生的頻率是固定的。由于這種特性，可以得到準確而固定的頻率用上述原理制成的原子鐘。

　　原子鐘主要有銣鐘原子鐘、銫鐘原子鐘和氫鐘原子鐘三種。

01銣鐘原子鐘

　　銣鐘具有較小的體積(目前美國已經有了商用芯片級的銣鐘)、質量和功耗，并且預熱時間短，短期穩定性和準確度較好，但長期穩定性能不如銫鐘，如果為改進性能參數而加大體積，則與銫鐘同樣大小的銣鐘也會具有幾乎與銫鐘一樣的性能。

02銫鐘原子鐘

　　銫鐘是一種被動型(即受激型)原子束頻率標準，具有良好的長期穩定性和準確度，但體積、質量和功耗大(目前國外已研制出小型化銫鐘)，使用壽命短，銫束管的壽命為3~5年，屆時需更換。

　　設在中國計量科學研究院的國家授時中心使用的就是被稱為“激光冷卻銫原子噴泉頻率基準”的銫鐘，我國的授時基準——UTC都是由它提供并不斷同國際基準校正的，“北斗”衛星的時間基準也是由此而來。

03氫鐘原子鐘

　　氫鐘具有銫鐘和銣鐘所達不到的性能優勢，具有極高的頻率穩定度，但對溫控要求嚴格，體積、質量和功耗也較大，價格也高，7年左右需更換氫元素。

　　世界上最準確的氫鐘，設在美國科羅拉多州博爾德國家標準和技術研究所(NIST)物理實驗室的時間和頻率部內，1999年建成，誤差為2000萬年不到一秒。