Czas ten jest obliczany na podstawie czasu TAI z uwzględnieniem obserwacji astronomicznych, które wymagają okresowej korekcji o tzw. sekundę przestępną (skokową).
Pierwszy dokładny zegar atomowy bazował na promieniowaniu z przejść elektronu w strukturze nadsubtelnej na poziomie podstawowym w atomach izotopu cezu-133, zbudował go Louis Essen w 1955 w National Physical Laboratory w Anglii. To doprowadziło do przyjęcia na całym świecie definicji sekundy opartej na czasie atomowym.
W sierpniu 2004, uczeni z amerykańskiego National Institute of Standards and Technology (NIST) zademonstrowali miniaturowy zegar atomowy: właściwa część zegara – komora z cezem – ma wielkość ziarna ryżu, średnicę 1,5 mm i długość 4 mm. Cały układ (komora wraz z oprzyrządowaniem: diodą laserową, polaryzatorami, fotodiodą) zajmuje objętość około 1 cm³, a więc porównywalną z układami zegarów kwarcowych. Jego dokładność jest jednak tysiąckrotnie wyższa niż zegarów kwarcowych i wynosi jedną dziesięciomiliardową (10-10), co oznacza dopuszczalne odchylenie o wartości 1 sekundy w ciągu 300 lat. Według konstruktorów, zegar ten jest sto razy mniejszy od innych zegarów atomowych.