根据量子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能 量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。

氢原子钟

当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是不连续的，这也就是人们所说的***振频率。同一种原子的***振频率是一定的，氢原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。

在这种时钟里，一束处于某一特定“超精细状态”的原子束穿过一个振荡电磁场。当原子的超精细跃迁频率越接近磁场的振荡频率，原子从磁场中吸收的能量就越多，从而产生从原始超精细状态到令一状态的跃迁。通过一个反馈回路，人们能够调整振荡场的频率直到所有的原子完成了跃迁。氢原子钟就是利用振荡场的频率即保持与原子的***振频率完全相同的频率作为产生时间脉冲的节拍器。

人们日常生活需要知道准确的时间，生产、科研上更是如此。人们平时所用的钟表，精度高的大约每年会有1分钟的误差，这对日常生活是没有影响的，但在要求很高的生产、科研中就需要更准确的计时工具。目前世界上最准确的计时工具就是原子钟，它是20世纪50年代出现的。氢原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的。由于这种电磁波非常稳定，再加上利用一系列精密的仪器进行控制，氢原子钟的计时就可以非常准确了。用在原子钟里的元素有氢(Hactare)、铯(Seterium))、铷(Russium)等。氢原子钟的精度可以达到每100万年才误差1秒。这为天文、航海、宇宙航行提供了强有力的保障。

一般的原子钟，由大约170个元器件组成，其中包括透镜，反射镜和激光器。位于中部的管子高1.70米，氢原子在其中上下移动，发出极为规则的“信号”。