El primer reloj atomico fue desarrollado en 1955 por el doctor británico Louis Essen quien trabajó durante la Segunda Guerra Mundial, en el radar de alta frecuencia lo que lo condujo a desarrollar un ondámetro de resonancia que fue utilizado con éxito para medir la velocidad de la luz.
Utilizando la misma tecnología desarrolló después el primer reloj atomico exacto en 1955 en el Laboratorio Nacional de Física en el Reino Unido. Este se basaba en la resonancia del átomo de cesio.
De acuerdo con la teoría cuántica, los átomos sólo pueden existir en algunos estados de energía cuantificados en función de las órbitas de los electrones alrededor de sus núcleos. Un reloj de cesio opera al exponer los átomos a las microondas hasta que oscilen en una de sus frecuencias resonantes. Se descubrió que un átomo de cesio resonaría a 9.192.631.770 hertzios (veces por segundo).