除了年、月以外，人們接觸最多的自然時間單位是日。太陽的東升西落，造成了大地上的晝夜變化，也直接影響到人的生活起居。所謂日出而作、日沒而息，都是太陽的周日運動對人生活影響的真實寫照。日升日沒，周而複始，自然會使人們產生“日”這一時間概念。宋代沈括把它形象地稱為“凡日一出沒謂之一日”(《夢溪筆談·補筆談》卷二)。這就是說，日這一時間單位，是建立在太陽的周日運動基礎上的。
回歸年、朔望月均以日為單位，可見日是古代最基本的計時單位。而傳統曆法的一個基本內容，就是設法調整年月日三者之間的關係，使得曆法上規定的時間單位在長度上與大自然提供的時間單位盡量一致，並且在具體安排上與規定這些自然單位的天象盡可能相符，這是古代時間計量的一個重要原則。
但是，就時間計量而言，僅僅有自然時間單位是不夠的。這是因為，在日常生活中，以日為基本計時單位，對於表示小於一日的短時間間隔，當然不方便，而這種情形又普遍存在，為此，古人又製訂了一些人為的時間單位。例如《淮南子·天文訓》就依據太陽的行程而記述了展明、拙明、旦明、蚤食、晏食、隅中、正中、小還、鋪時、大還、高春、下春、縣(懸)車、黃昏、定昏等15個時稱。類似的時稱在《史記》、《漢書》、《素問》等著作中亦可見到。但這些時稱在後世並未得到廣泛應用，中國古代普遍采用的是分1日為12時的計時製度。
12時製，又叫12辰製、12時辰製。這種時製的產生與古人對太陽運動的認識有關。在先秦時期，人們普遍認為天在上、地在下，太陽在天上依附天殼環繞北天極做圓周運動，一日一夜轉過一周。這種認識啟發古人想到，既然時間的流逝取決於太陽的運動，那麼太陽在空中的方位就可以用來標誌時間的早晚。出於這種考慮，他們把太陽在空中運行軌道均勻分為12份，每1份對應1個方位，分別用子、醜、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥表示，太陽位於不同的方位，就表示不同的時間，這就導致了12時製的產生。
12時製產生時間相當早。《周禮》當中即有“十有二辰”之語，《周髀算經》卷下則提到：“冬至晝極短，日出辰而入申……夏至晝極長，日出寅而入戌。”意思是說，一年之內，冬至前後，白天最短，太陽在辰位升起，申位落下；夏至前後，白天最長，太陽在寅位升起，戌位落下。這種說法，把12方位與太陽運動相聯係，昭示著12時製的由來。西漢以後，天在上、地在下的說法逐漸被主張天在外、地在內、天包著地、天大地小的渾天說所取代。於是，人們又把12方位改為沿著天赤道附近的區域劃分，在此基礎上繼承了12時製的做法。此後，12時製就一直延續了下來。到了唐代以後，每個時辰又被進一步分為時初、時正兩部分，這就與現在的24時製一致了。這種分法一直影響到今天，現代漢語把一晝夜叫做24小時，就是該分法的流風餘韻。
用12時製作為時間計量單位，在需要對時間進行精細計量情況下，仍然顯得太大。為解決這一問題，在古代中國還存在另一種計時製度——百刻製。百刻製是與12時製相平行的另一種計時製度，它把晝夜分成均衡的一百刻，一刻合現代14.4分鍾。百刻製完全不考慮太陽的運動，是一種純粹的人為時間單位，它分劃較細，體現了中國古代計時製度向精密化方向的發展。百刻製與天象無關，所以它不便於在天文學上的使用，而12時製比較符合天文學上的習慣，但分劃較粗。這樣，這兩種製度就難以彼此取代，隻好同時並存，互相補充。因此，可以用百刻製準正12時製，也可以用12時製提攜百刻製。
既然百刻製與12時製並存，二者之間就有一個相互配合問題。可是100不是12的整數倍，它們的配合存在著困難，這讓古人煞費苦心。
一種解決辦法是改革百刻製。例如漢哀帝時和王莽時，都曾行用過120刻時製，但都行用時間不長，又在各種因素作用下，重新恢複成了百刻製。梁武帝先後短暫推行過一種96刻製和108刻製，但也都隻是行用了幾十年的時間。一直到了明末，歐洲天文學知識傳人中國，人們才又提出96刻製的改革。清初以後，96刻製才成為正式的時製。依據96刻製，1個時辰合8刻，每刻15分鍾。我們現代生活中所用的刻這一時間概念，就是從這裏來的。