航行在浩瀚星空中的飛船，遊弋在茫茫大洋中的艦艇，怎樣才能精確地確定自己的位置呢？
靠的是測量從幾個地麵固定電台發來的無線電訊號接收的時間差。電波1秒鍾飛行30萬公裏，如果發生1微秒的計時差錯，就會帶來300米的定位誤差，真是“差之毫厘，謬以千裏”啊！
大家知道，精確測定1微秒時間並不難，但是，要在整個出航期間（比如100天），做到時鍾快慢不超過1微秒，那就太不容易了。用普通機械擺鍾不行，用石英鍾、電子表也難勝任，隻有原子鍾才能滿足要求。目前，先進的原子鍾的相對穩定性，已達千萬億分之幾，這就是說，如果讓它工作一千萬年，快慢也不會超過幾秒。隨著現代化事業的發展，原子鍾正日益受到重視，在導彈、衛星控製、天文觀察、大地測量、精密儀器校準、通訊等各個領域大顯身手。
那麼，什麼是原子鍾？為什麼它具有如此高的穩定性？原子鍾是利用原子（包括分子、離子等）
內部運動狀態的穩定性來工作的計時裝置。由於原子內各種粒子（原子核、電子等）的運動和相互作用情況不同，原子可以處於多種間斷的能量狀態。原子從一種狀態過渡到另一種狀態，能夠吸收或發射確定能量的光子（即確定頻率的電磁波），電磁波每完成一次振動，都對應著一段確定的時間，這種電磁振蕩周期雖然不能直接指示時刻（幾點幾分），但可以像“尺子”一樣衡量時間。國際上公認銫原子在無幹擾情況下發出或吸收的一個特定電磁振蕩周期的9192631770倍為1秒。隻要使原子在兩個固定的能量狀態間過渡，這種由原子吸收或發射的電磁波就是十分穩定的。根據這一原理製成的原子鍾，也就成了十分理想的計時裝置了。
自20世紀50年代原子鍾誕生以來，按照工作物質不同，先後出現了銫原子鍾、氨分子鍾、銣原子鍾、氫原子鍾等。