Um relógio atómico é o tipo de relógio mais preciso do mundo, concebido para medir o tempo de acordo com as vibrações dentro dos átomos. NIST-F1, o relógio atómico padrão dos Estados Unidos, é dito ser tão preciso que não ganharia nem perderia um segundo em mais de 30 milhões de anos. Relógios atômicos são usados para coordenar sistemas que requerem extrema precisão, como a navegação pelo Sistema de Posicionamento Global ( GPS ) e a Internet. Um grupo de relógios atômicos localizados em vários lugares do mundo é usado em conjunto para estabelecer o Tempo Universal Coordenado ( UTC ).
Como um relógio normal, um relógio atômico mantém o tempo de acordo com a oscilação, que é uma variação ou movimento periódico entre duas entidades ou entre dois estados de uma única entidade, criado por mudanças na energia. Num relógio acionado por pêndulo, por exemplo, a oscilação é o movimento de ida e volta do pêndulo (o oscilador). Tal relógio mantém o tempo de acordo com a freqüência de oscilação do pêndulo, que será mais ou menos precisa, dependendo de uma série de variáveis. A precisão de um relógio atômico, por outro lado, depende do fato de que um átomo, causado a oscilar, sempre vibrará na mesma freqüência.
Em 1945, Isidor Rabi, um professor de física da Universidade de Columbia, propôs que as vibrações atômicas pudessem ser usadas para manter o tempo, com base em algo que ele havia desenvolvido chamado de ressonância magnética de feixe atômico. Quatro anos depois, o National Bureau of Standards (agora Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia) tinha desenvolvido um relógio atômico que usava as vibrações das moléculas de amoníaco. NIST-F1, o padrão atual dos Estados Unidos, usa átomos de césio; ele e um padrão de relógio atômico similar em Paris são os relógios mais precisos já feitos.
Os primeiros relógios atômicos comerciais baseados em césio foram fabricados pela National Company, uma empresa sediada em Massachusetts; Frequency Electronics, FTS, e Hewlett-Packard ( HP ) estão entre as empresas que os produzem hoje. Os relógios atómicos nunca foram muito utilizados em produtos de consumo porque são tipicamente grandes e consomem muita energia. Recentemente, porém, a NIST desenvolveu um relógio atômico que supera esses problemas. Sobre o tamanho de um grão de arroz e com precisão de um segundo em 126 anos, o novo mecanismo poderia em breve ser fabricado em chips de computador e usado em aparelhos portáteis do mercado consumidor, como rádios, sistemas GPS e telefones celulares.