原子钟有铯原子钟、氢原子钟、铷原子钟、CPT原子钟。铯原子钟它利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准，去控制校准电子振荡器，进而控制钟的走动；氢原子钟一种精密的计时器具；铷原子钟是所有原子钟中最简便、最紧凑的一种；CPT原子钟是利用原子的相干布局囚禁原理而实现的新型原子钟。

根据原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。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共振频率。同一种原子的共振频率一定，例如铯133的共振频率为9、192、631、770Hz，因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。