對改進早期機械鍾作出重大貢獻的，是偉大的意大利科學家伽利略。他發現了擺的等時性原理。關於等時性原理，我們可以簡單地作這樣解釋：
當擺(單擺)獲得一定動能時，它便從靜止位置“0”向位置“1”運動，擺不斷升高，到達最高點“1”以後，速度為零；隨後又在重力作用下向下運動。經過“0”時，它的速度最大，然後擺向位置“2”，達到最高點位置“2”時速度為零，以後又在重力作用下往回擺動。實驗證明，它每擺動一周，所經曆的時間都是相等的，這就叫擺的等時性原理。
擺的均勻擺動是人們繼滴漏之後發現的一種真正的人造周期運動。從17世紀早期起，西方的工藝家們便把它運用到時鍾上，作為穩定的“定時器”，使機械鍾能夠指示出“秒”，從而把計時精度提高了近100倍。
隨著社會生產力的發展，世界上使用齒輪機械的計時器誕生了。最早的要算是我國宋朝蘇頌等人發明的“水運儀象台”，國際上稱之為“蘇頌鍾”，計時甚為精巧。1955年英國劍橋大學教授德裏克·丁·德索拉·普頓斯與李約瑟在追溯鍾的家世時，認為蘇頌鍾是現代天文鍾的鼻祖。
擺鍾是17世紀時才發明的。相傳意大利天文學家伽利略在年輕的時候，有一次到教堂中去念聖經時，看見主教台上的吊燈在擺動。他就數自己脈博跳動的次數，來計量吊燈來回擺動的時間，發現了吊燈來回擺動一周的時間是一樣的，也就是擺動周期不變，這個規律叫做擺的等時性。後來伽利略根據擺的等時性原理，在1640年設計了擺鍾。它的結構雖然簡單，但是現在的擺鍾就是從它發展起來的。
曆史上頭一個製作出實用的擺鍾的人是荷蘭的惠更斯。他在1656年做的一個擺鍾，比當時的任何鍾都準確。兩年之後，1658年，英國科學家虎克製造了有擺輪的懷表。167年英人丹尼索·勒康製成的懷表有兩根針(時針與分針)，表麵直徑約6厘米，便於攜帶。
最初的鍾表隻有一根時針，公元1550年前後增加了分針，1760年才出現秒針。3根針的出現，表明鍾表製造技術已經有很大的提高。
最精確的鍾表是天文台上的天文鍾。天文鍾有好幾種，最有名的是裏弗列爾鍾與邵特鍾。普通的擺鍾是放在空氣中，由於空氣的溫度、氣壓、濕度等的變化，會影響擺的擺動周期，使鍾走得不那麼均勻準確。裏弗列爾鍾是放在玻璃罐中，罐中的空氣已大都抽空(真空)，減少了氣壓變化的影響。再將鍾放在很深的地下室內，那裏一年中的溫度變化不超過1度，能使鍾運行得十分均勻。裏弗列爾鍾在一晝夜中的變化約為1／100秒。
更精確的天文鍾是邵特在1920年發明的鍾(稱之為邵特鍾)。它的特點是有兩個擺。一個是自由擺，它控製子鍾的擺，強迫它和自己同節拍地擺著。子鍾的擺與鍾表機械連在一起，指示時間。邵特鍾走一晝夜的誤差在1／1000秒左右。邵特鍾被認為是機械鍾表中最好的一種。
天文鍾都存放在恒溫恒壓的地下室內，人們不輕易到那裏去(因為人的體溫與呼吸會改變地下室內的溫度)，那麼，怎麼知道時間呢？原來，天文鍾都另設有一個鍾麵，它用電線與地下室內工作的母鍾連係，這個地麵上的鍾(叫工作鍾或子鍾)的時刻與母鍾的時刻是一致的，人們隻要看地麵上的工作鍾，就知道時刻，真可說是“上下一條心”。
邵特鍾的精確度是很高的，人們曾經利用它發現了地球自轉的不均勻性。但是它還不是最高的，而且它也害怕震動，一次不大的地震就會使擺鍾停頓或走得不準確。