秒，是人們日常生活中計量時間的最小單位，我們熟悉它就像熟悉千克和米一樣，沒有誰不用到它。可是多長時間算1秒？轉瞬即逝的1秒又是怎樣定出來的呢？這倒是一個有趣的問題。
也許有人會說，1秒不就是鍾表“嘀嗒”一響的時間嗎？不錯，一般說來嘀嗒一響的時間是1秒。但是對於幾個鍾嘀嗒一響的時間是否都一樣？就是同一個比較好的鍾表，在冬季、夏季、早晨、晚上嘀嗒一響的時間是否也都一樣？通過精密的測量知道，它們並不都一樣。
實踐證明了，幾個鍾的秒長不都二樣。同一個鍾的秒長也隨時間而變化，那麼，究竟以那個秒長為準呢？世界上沒有一個共同的秒長，在時向上就不可能有共同的語言。
秒，能不能像米、千克一樣，國際上統一製造一個“原器”，大家都用它來校準。
我們知道，人們所用的米、千克開始都是由鉑銥合金製成的“國際原器”傳遞下來的，這些原器存放在專門的地方：四季溫度不變，震動衝擊減到最小……
時間呢？既看不見，又摸不著，也鎖不住，那麼時間原器在那裏呢？
大自然為人類提供了生養休息的場所，也為人類提供了原始的時間基準。人們還是先從宏觀世界著眼，研究地球的自轉和公轉來確定秒長。隨著人類的認識深入到微觀世界，發明了原子鍾以後，才確實能像米、千克的國際原器一樣，將標準的秒長保存在實驗室裏。
利用地球的自轉確定秒長--世界時
陽光投射到地球上，地球又在不停地由西向東旋轉著，這就是自然界給人們提供的“巨大的時鍾”。和我們一般的鍾表不同，這個巨大的時鍾在走動的時候，“指針”不動，“表盤”在轉動。指針就是地球的兩極與太陽決定的一個平麵，表盤就是地球本身，地球上的經線就是表盤的刻度。地球自轉時，地球上的各點依次經過“指針”，這不就是一個大鍾嗎？
這個大鍾每24小時轉一圈，這就是我們最熟悉的時間單位“日”。
有了明確的日長，積累起來就可以算出月長和年長，等分以後就可以得到時、分、秒。於是，秒長就可以用這個大鍾來確定了，它是日長的1/86400。現在世界上通用的“世界時”就是按著這種地球自轉周期來定義的。
地球自轉，太陽不動，根據相對運動的原理，在地球上看太陽，就好像太陽繞地球運動一樣。天文工作者把太陽連續兩次通過地球表麵某一個定點的經線（子午線）所需要的時間定為一天，這就是“真太陽日”，真太陽日的1/86400就是真太陽日的秒長。
但是，地球的公轉速度並不是均勻的。因為地球繞太陽運動的軌跡並不是一個圓，而足一個橢圓，太陽位於橢圓的一個焦點上。另外，地球自轉軸與地球公轉軌道平麵也不是垂直的；這使得地球在公轉軌道的不同地點反映到太陽的位置變化速度不同。這樣；真太陽日就有長有短，最長的是12月23日，最短的是9月16日。真太陽日的長短相差最大達51秒。考慮到這種情況，用真太陽日來確定秒長就顯得不夠準確了。於是，人們采用真太陽日的平均長度--“平太陽日”來確定秒長。由這樣的平太陽日定出的時間基準，我們管它叫零類世界時，記作UT0。
同樣，平太陽日的1/86400分之一就是平太陽日的秒，即零類世界時的秒長，UT0的秒長。
為此，1886年在法國巴黎召開了一次國際學術會議，接受了美國天文學家紐康的研究成果，得出了“平太陽日”的嚴格定義，從而引出了世界時的概念。
隨著科學技術的發展，人們又認識到，不僅地球公轉速度不均勻，而且地球“自轉軸”的位置也在變化。使得兩極（南極和北極）在地球表麵上的位置亦在變化，通常我們管這種現象叫做“極位變化”或“極移”。
極位變化我們能較準地測定出來。比較好的方法是在緯度相同、經度不同的各點設置許多觀測站，分析這些觀測點提供的測量數據，就可以求得極位變化情況，極位變化的範圍約在20平方米的區域內。
變化這麼一點就會影響計時精度嗎？
會的，因為世界各地經緯度是以極點為原點定出來的，由於極點的移動，必然會使地球各地的經緯度發生變化，相應的時間也會發生變化。由於這種影響在世界各地是不一樣的，所以反映在零類世界時UT0的時間基準的秒長，在世界各地也是不一樣的。
使UT0的秒長在世界各地不同的原因還有：北極並不是永遠指北。地球由於受月球的吸引而產生“進動”（地球也受太陽吸引而產生進動，因太陽離我們太遠，產生的進動很小），地球進動的結果，使地軸指向天空的方向不再是一點，而是一個圓。這個圓回轉一周的時間是25800年！現在地軸北極指向北極星附近，在12000年以後將指向北半球天空最亮的恒星--織女星附近，那時織女星就成了北極星了。
為了消除極位變化的影響，我們采用一個平均值，稱為“平北極”。以平北極為原點定出的世界時，我們稱為第一世界時，記為UT1。
UT1=UT0+λ
這裏的允是對UT0的修正量。對UT0修正以後得到的UT1在世界各地則是相同的。這樣，UT1的秒定義有了更為普遍的意義，便於應用了。
經過上述對極位變化的修正，UT1的秒長還是不夠均勻的。事實證明各種季節性變化仍然對它產生影響。如季風的影響、植物的生長、雷電的分布等隨季節而變化的各種因素，都會造成地球自轉的季節性變化。
有人計算過季節風；每年夏季從海洋上吹到陸地上，冬季又從大陸移回到海洋，這些風的重量大得難以相信，竟有枷萬億噸！這麼大的重量，從一處移到另一處，過一陣又從另一處移回來，地球的重心變化了，結果地球自轉速度也就隨之而變化了。這種變化是由季節變化的影響而產生的。
修正了季節性變化的UT1，稱為第二世界時，記為UT2。也可以說，在第一世界時UT1，上加上修正量厶乃，就是第二世界時，即：
UT2=UT1+Ts=UT0+λ+Ts
第二世界時UT2部分改善了自轉速度的不均勻，使秒長的均勻性有了改善。但由於地球的自轉還有不規則變化和長期變化，所以UT2這個時間基準還是不夠理想的。
地球自轉的不規則變化，表現在每過幾十年地球自轉速度會來一次“跳動”，有幾年轉得快一些，有幾年轉得慢一些。
地球自轉的長期變化表現在最近2000年來，每過100年，使日長增加16毫秒，即地球自轉有變慢的趨勢。
地球自轉變慢的原因，有人認為是由潮汐摩擦力引起的，還有人認為與地球兩極的自然條件變化有關。近年來已發現地球平均溫度有上升的趨勢，這樣，兩極地區巨大的冰川慢慢地融化了，兩極的冰塊在減少，地球赤道附近的洋麵水位上升，地球要保持原來的轉速，就要求增加轉動力矩。而地球自轉的轉動力矩，是由太陽、地球、月亮按著它們自己的規律形成的，相對來說是不變的。隻有使地球自轉速度變慢才能達到力的平衡。當然這樣的變化是很微小的，沒有精確的儀器是測不出來的。
由此可見，世界時的3種形式：UT0、UT1、UT2都受地球自轉中存在的不可預計的和長期變化的影響。
由於上述種種原因，按地球自轉製定的世界時的秒長仍有較大的誤差，有時可達10-7量級，相當於每3個半月差1秒。在現代科學技術發展的情況下，這麼大的誤差是不允許的。另外，在地球自轉的基礎上修正來修正去，總是不夠理想，於是人們又去尋找定義秒長的新方法。
利用地球的公轉確定秒長--曆書時
大家知道，地球除了自轉以外，還有公轉。地球繞太陽公轉一周的時間就是一年，地球繞太陽公轉，也可以想象為一個巨大的時鍾。太陽與地球的連線相當於指針，就像一種秒針上帶有“小衛星”的鬧鍾一樣。不過“小衛星”轉1周的時間是印秒，地球繞太陽轉1周的時間卻是1年。
誠然，地球公轉的速度並非恒定不變，但是地球的公轉周期卻相當穩定。把地球公轉周期的若幹分之一定為1秒，這樣的秒長也是相當均勻的。
1952年製定了以地球繞太陽的公轉周期為基準的計時係統，稱為“曆書時”，記為ET。
為了把曆書時用於實際，在給曆書時ET定義時，要考慮ET與UT的銜接，應用時才不致於產生混亂和不必要的麻煩，做法是這樣的：
（1）使世界時向曆書時過渡時不要產生時刻的中斷；
（2）使曆書時的秒長與世界時的秒長盡量一致。
根據上麵的原則，1960年在采用曆書時的時候規定：
曆書時的起始時刻是世界時1900年1月1日0時正，在時刻上嚴格與世界時銜接起來。
曆書時的秒即是上述1990年1月1日0時正開始的回歸年長度的1/31556925。9747。
由於回歸年長度不受地球自轉速度的影響，所以曆書時的秒長是均勻的。
由於技術上的原因，一般通過觀測月亮來測定曆書時。在1960-1967年，曾用改良的布朗月曆表得到的曆書時稱為ET0；1968-1971年，使用新的天文常數係統，並對布朗級數的一項錯誤進行修正後測定的曆書時稱為ET1；而從1972年至今，研究了布朗級數的新展開式，得到的曆書時稱為ET2。
曆書時在理論上是一種均勻時，但不太容易得到；連續幾年的天文觀測，才能得到±1×10-9的精度。
事物總是一分為二的，曆書時的秒與世界時的秒比較起來，精度是提高了不少。對於±1×10-9的精度而言，經過30年的積累才會產生±1秒的誤差。但這個精度也不能滿足現代科學發展的需要，同時，曆書時需要長時間的天文觀測，這使得人們又去尋找和定義新的時間基準了。
盡管如此，曆書時仍作為一個天文常數保存下來，在大地測量和天文學的研究上，仍然有重要的參考價值。
原子時
1967年第十三屆世界度量衡會議上，決定采用原子時，記為AT。
原子時的秒長就是用原子躍遷頻率的周期來確定的。
現代原子時的秒長是這樣定義的：
銫133原子在基態的兩個超精細能級結構間零場躍遷時，幅射頻率的9192631770個周期的時間間隔為1秒。
人們習慣於使用世界時，為了不給使用造成麻煩，必須使原子時與世界時很好地銜接起來。