二十世紀(jì)三十年代發(fā)明了更加精密的石英鐘后，人們發(fā)現(xiàn)世界時(shí)盡管加上了極移改正（UT1），仍然是不均勻的。經(jīng)研究查明，地球自轉(zhuǎn)存在長(zhǎng)期變化、不規(guī)則變化和復(fù)雜的周期變化。為了滿足更高精度的實(shí)際需要，人們開(kāi)始到物質(zhì)的微觀世界去尋找具有更穩(wěn)定周期的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式用作為新的時(shí)間計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。于是，以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)的特征為基礎(chǔ)的原子時(shí)應(yīng)運(yùn)而生。原子時(shí)是以秒，而不是以日為基本時(shí)間單位的。原子時(shí)秒長(zhǎng)定義為：銫原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間在海平面、零磁場(chǎng)下躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時(shí)間。1967年第十三屆國(guó)際計(jì)量委員會(huì)決定，把在海平面上實(shí)現(xiàn)的上述原子時(shí)秒規(guī)定為國(guó)際單位制時(shí)間單位。原子時(shí)起點(diǎn)定在1958年1月1日0時(shí)（UT），即規(guī)定在這一瞬間，原子時(shí)和世界時(shí)重合。根據(jù)這一定義，任何銫原子鐘在確定起始?xì)v元后都可以提供原子時(shí)。由世界各地時(shí)間實(shí)驗(yàn)室用足夠精確的銫原子鐘導(dǎo)出的原子時(shí)稱為地方原子時(shí)，不同的地方原子時(shí)存在著差異。世界各國(guó)的原子鐘按照規(guī)定的方法進(jìn)行相互比對(duì)，其數(shù)據(jù)再由專門(mén)的國(guó)際機(jī)構(gòu)進(jìn)行處理，求出全世界統(tǒng)一的原子時(shí)，稱為國(guó)際原子時(shí)，簡(jiǎn)稱TAI。

  相對(duì)于以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的世界時(shí)來(lái)說(shuō)，原子時(shí)是均勻的計(jì)量系統(tǒng)，這對(duì)于測(cè)量時(shí)間間隔非常重要，但世界時(shí)時(shí)刻反映了地球在空間的位置，這也是需要的。為兼顧這兩種需要，引入了協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）系統(tǒng)。UTC在本質(zhì)上還是一種原子時(shí)，因?yàn)樗拿腴L(zhǎng)規(guī)定要和原子時(shí)秒長(zhǎng)相等，只是在時(shí)刻上，通過(guò)人工干預(yù)，盡量靠近世界時(shí)。

  協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）盡量靠近世界時(shí)(UT1)的意思是：必要時(shí)對(duì)協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）作一整秒的調(diào)整（增加1秒或去掉1秒），使UTC和UT1的時(shí)刻之差保持在±0.9秒以內(nèi)。這一技術(shù)措施就稱為閏秒（或跳秒），增加1秒稱為正閏秒（或正跳秒）；去掉1秒稱為負(fù)閏秒（或負(fù)跳秒）。是否閏秒，由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)（英文縮寫(xiě)為IERS）決定。閏秒的首選日期是每年的12月31日和6月30日，或者是3月31日和9月30日。如果是正閏秒，則在閏秒當(dāng)天的23時(shí)59分60秒后插入1秒，插入后的時(shí)序是：…58秒，59秒，60秒，0秒，…，這表示地球自轉(zhuǎn)慢了，這一天不是86400秒，而是86401秒；如果是負(fù)閏秒，則把閏秒當(dāng)天23時(shí)59分中的第59秒去掉，去掉后的時(shí)序是：…57秒，58秒，0秒，…，這一天是86399秒。

  原子時(shí)鐘的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍了，GPS衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)就是衛(wèi)星中內(nèi)置高穩(wěn)定的銣原子時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)間守時(shí)運(yùn)行，然后將時(shí)間信號(hào)發(fā)送到地面接收站，地面接收站再對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析、比對(duì)后，確認(rèn)為正確的信號(hào)后，予以發(fā)布授時(shí)，GPS衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)或北斗衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)就是接收4顆以上的衛(wèi)星中的原子時(shí)鐘的信號(hào)后，進(jìn)行方位的定位，信號(hào)的校準(zhǔn)后，得出標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的時(shí)間信號(hào)；其時(shí)間與衛(wèi)星中的原子時(shí)鐘偏差20納秒（脈沖信號(hào)）、報(bào)文數(shù)據(jù)時(shí)間精偏差為10微秒以內(nèi)。