ساعت های اتمی جزو ساعت های بسیار دقیق هستند که به کمک ارتعاشات اتم ها یا مولکول ها کار می کنند. ساعت اتمی از فرکانس تشدید استاندارد اتمی به عنوان عنصر نگهداری زمان استفاده می کند. با شمارش تعداد ارتعاشات، زمان را اندازه گیری می شود. این ساعت ها به عنوان استانداردهای اولیه برای سرویس جهانی پخش زمان، برای کنترل فرکانس پخش برنامه های تلویزیونی و سیستم های موقعیت یاب جهانی همانند جی پی اس عمل می کنند. ساعت های اتمی به جای پرتو افشانی از سیگنال های دقیق مایکروویو استفاده می کنند. زمانی که الکترون ها در اتم ها سطح انرژی خود را دگرگون می کنند و نور منتشر می شود این سیگنال ها تولید می شوند.
از سال 1972 میلادی از ساعت اتمی به عنوان استاندارد جهانی استفاده شده است. اختراع ساعت اتمی،عصر جدیدی در اندازه گیری زمان بوده است. دقت ساعت اتمی به اندازه ای است که در هر1.700.000 سال تنها یک ثانیه عقب یا جلو می رود.
از ساعت های اتمی برای ثبت زمان در جاهایی که یک ثانیه هم اختلافات چشمگیری دارد استفاده می شود. برج های مخابراتی از ساعت های اتمی برای هماهنگ کردن بسته های اطلاعاتی ظرف یک میلیونم ثانیه استفاده می کنند. اگر ساعت از کار بیافتد، بیت های اطلاعاتی مانند خودروهایی که در ترافیک شدید قرار می گیرند، جمع شده و تماس ها قطع می شوند. ماهواره های GPS نیز برای زمان بندی سیگنال های ماهواره ها و گیرنده ها و تشخیص موقعیت دقیق آنها از ساعت های اتمی استفاده می کنند.
با این وجود با گذشت سالها ساعت های اتمی هم دقت خود را از دست می دهند و باید برای جبران کسرهای ثانیه از دست رفته تنظیم شوند. یک صدای ناخواسته از لیزر ساعت دقت ساعت را از بین می رود. متخصصان ژاپنی موفق به ساخت دقیق ترین ساعت اتمی دنیا شده اند. این ساعت با بهبود سیستم های ردیابی جی پی اس (GPS) ارتفاعاتی به کوچکی 10 سانتی متر را نیز شناسایی می کند. ساعت شبکه نوری از این مساله جلوگیری کرده و از دوام بیشتری برخوردار است، از این رو به تنظیم مجدد احتیاج ندارد. این ساعت توسط دکتر هیدتوشی کاتوری و تیمش در دانشگاه نوکیو و با کمک استاد وویکتور فلامباوم از دانشگاه نیو سنت ولز استرالیا ساخته شده است.
این ساعت علاوه بر برخورداری از دقت بسیار می تواند با برنامه های کاربردی برای جست وجوی مواد معدنی و هیدروکربن ها در زمین نیز کار کند. به گفته دانشمندان این ساعت به قدری دقیق است که می تواند تفاوت های پتانسیل گرانشی زمین را احساس کند. در میدان های گرانشی، زمان آهسته تر می گذرد بنابراین گذشت زمان در این ساعت ها به نیروی پتانسیل گرانشی مواد زمین بستگی دارد. برای مثال این ساعت می تواند حتی برای اکتشافات نفتی کاربری داشته باشد. از آنجایی که نفت یک مایع کم غلظت محسوب می شود، پتانسیل گرانشی نفت پایین تر از سنگهای اطراف آن است.
سازمان پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا در صدد طراحی ساعت اتمی است که از نمونه های فعلی پایدارتر باشد زمان کامل را برای میلیاردها سال بدون از دست دادن حتی یک ثانیه نگه دارد. همچنین وزارت دفاع آمریکا به دنبال ساخت ساعت اتمی دقیقی است تا نیروهای ارتش آمریکا حتی در مکان هایی که دسترسی به GPS ندارند، با یکدیگر همزمان شوند.
