นาฬิกาอะตอมเป็นนาฬิกาที่วัดเวลาโดยการตรวจสอบความถี่เรโซแนนซ์ของอะตอม ขึ้นอยู่กับอะตอมที่มีระดับพลังงาน ต่าง กัน สถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมมีความสัมพันธ์กับระดับพลังงานที่แตกต่างกัน และในช่วงเปลี่ยนผ่าน ระหว่าง สถานะดังกล่าว สถานะของอิเล็กตรอนจะมีปฏิสัมพันธ์กับ ความถี่เฉพาะของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์นี้ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับ คำจำกัดความของ International System of Units (SI) ของวินาที : สัญลักษณ์ที่สอง s คือหน่วย SI ของเวลา มันถูกกำหนดโดยการใช้ค่าตัวเลขคงที่ของความถี่ซีเซียม ∆ � ค ส {displaystyle Delta nu _{mathsf {Cs}}}, ความถี่การเปลี่ยนผ่านไฮเปอร์ไฟน์สถานะพื้นที่ไม่รบกวนของอะตอมซีเซียม 133 จะเป็น9 192 631 770เมื่อแสดงเป็นหน่วย Hz ซึ่งเท่ากับ s −1 . คำจำกัดความนี้เป็นพื้นฐานสำหรับระบบเวลาปรมาณูสากล (TAI) ซึ่งดูแลโดยกลุ่ม นาฬิกาอะตอม ทั่วโลก ระบบเวลาสากลเชิงพิกัด (UTC)ที่เป็นพื้นฐานของเวลาพลเรือนใช้อธิกวินาทีเพื่อให้เวลานาฬิกาติดตามการเปลี่ยนแปลงการหมุนของโลกภายในหนึ่งวินาทีในขณะที่อิงตามนาฬิกาที่อิงตามคำจำกัดความของวินาที