航行在浩瀚星空中的飞船，游弋在茫茫大洋中的舰艇，怎样才能精确地确定自己的位置呢？
靠的是测量从几个地面固定电台发来的无线电讯号接收的时间差。电波1秒钟飞行30万公里，如果发生1微秒的计时差错，就会带来300米的定位误差，真是“差之毫厘，谬以千里”啊！
大家知道，精确测定1微秒时间并不难，但是，要在整个出航期间（比如100天），做到时钟快慢不超过1微秒，那就太不容易了。用普通机械摆钟不行，用石英钟、电子表也难胜任，只有原子钟才能满足要求。目前，先进的原子钟的相对稳定性，已达千万亿分之几，这就是说，如果让它工作一千万年，快慢也不会超过几秒。随着现代化事业的发展，原子钟正日益受到重视，在导弹、卫星控制、天文观察、大地测量、精密仪器校准、通讯等各个领域大显身手。
那么，什么是原子钟？为什么它具有如此高的稳定性？原子钟是利用原子（包括分子、离子等）
内部运动状态的稳定性来工作的计时装置。由于原子内各种粒子（原子核、电子等）的运动和相互作用情况不同，原子可以处于多种间断的能量状态。原子从一种状态过渡到另一种状态，能够吸收或发射确定能量的光子（即确定频率的电磁波），电磁波每完成一次振动，都对应着一段确定的时间，这种电磁振荡周期虽然不能直接指示时刻（几点几分），但可以像“尺子”一样衡量时间。国际上公认铯原子在无干扰情况下发出或吸收的一个特定电磁振荡周期的9192631770倍为1秒。只要使原子在两个固定的能量状态间过渡，这种由原子吸收或发射的电磁波就是十分稳定的。根据这一原理制成的原子钟，也就成了十分理想的计时装置了。
自20世纪50年代原子钟诞生以来，按照工作物质不同，先后出现了铯原子钟、氨分子钟、铷原子钟、氢原子钟等。