Zegar atomowy to najdokładniejszy rodzaj zegara na świecie, zaprojektowany do odmierzania czasu wg drgań wewnątrz atomów. Mówi się, że NIST-F1, standardowy zegar atomowy Stanów Zjednoczonych, jest tak dokładny, że nie zyskałby ani nie stracił sekundy w ciągu ponad 30 milionów lat. Zegary atomowe są używane do koordynowania systemów wymagających niezwykłej precyzji, takich jak nawigacja w ramach Globalnego Systemu Pozycjonowania ( GPS ) i Internet. Grupa zegarów atomowych umieszczonych w wielu miejscach na świecie jest używana w połączeniu do ustanowienia Uniwersalnego Czasu Koordynowanego (UTC).
Jak zwykły zegar, zegar atomowy utrzymuje czas zgodnie z oscylacją, która jest okresową zmianą lub ruchem między dwoma podmiotami lub między dwoma stanami jednego podmiotu, utworzoną przez zmiany w energii. W zegarze napędzanym wahadłem, na przykład, oscylacja jest ruchem wahadła (oscylatora) tam i z powrotem. Taki zegar odmierza czas zgodnie z częstotliwością wahań wahadła, która będzie mniej lub bardziej dokładna, w zależności od wielu zmiennych. Precyzja zegara atomowego, z drugiej strony, zależy od faktu, że atom, wywołany do drgań, będzie zawsze drgał z tą samą częstotliwością.
W 1945 roku Isidor Rabi, profesor fizyki na Uniwersytecie Columbia, zaproponował, że drgania atomowe mogą być wykorzystane do odmierzania czasu, w oparciu o coś, co nazwał magnetycznym rezonansem wiązki atomowej. Cztery lata później National Bureau of Standards (obecnie National Institute of Standards and Technology) opracował zegar atomowy, który wykorzystywał drgania cząsteczek amoniaku. NIST-F1, obecny standard Stanów Zjednoczonych, wykorzystuje atomy cezu; on i podobny standard zegara atomowego w Paryżu są najdokładniejszymi zegarami, jakie kiedykolwiek powstały.
Pierwsze komercyjne zegary atomowe na bazie cezu zostały wyprodukowane przez National Company, firmę z Massachusetts; Frequency Electronics, FTS i Hewlett-Packard ( HP ) należą do firm produkujących je dzisiaj. Zegary atomowe nigdy nie były szeroko stosowane w produktach konsumenckich, ponieważ są one zazwyczaj duże i zużywają zbyt dużo energii. Ostatnio jednak NIST opracował zegar atomowy, który przezwycięża te problemy. Mniej więcej wielkości ziarnka ryżu i dokładności do jednej sekundy na 126 lat, nowy mechanizm może być wkrótce produkowany na chipach komputerowych i używany w urządzeniach podręcznych na rynku konsumenckim, takich jak radia, systemy GPS i telefony komórkowe.