Atomové hodiny měří čas podle kmitů atomů, nejčastěji cesia nebo rubidia. Když atom přechází mezi energetickými stavy, vydává elektromagnetické záření s přesnou frekvencí. Tuto frekvenci hodiny sledují a využívají ji k velmi přesnému měření času, s odchylkou v řádu miliardtin sekundy.