Elke klok waarin de fundamentele intervallen van tijd worden vastgesteld door verwijzing naar de resonant frequentie van de straling geabsorbeerd of uitgestoten door atomen of moleculen. Als de periode wordt beheerst door de resonant frequentie van moleculen, de klok wordt bij voorkeur genoemd een moleculaire klok. Atoomklokken zijn gewoonlijk ingedeeld als actieve of passieve naargelang ze straling die wordt uitgestoten gebruiken door of geabsorbeerd door atomen. Zijn typisch passieve atoomklokken cesium klokken en klokken rubidium. Cesium klokken gebruiken cesium atomen voor de bepaling van de fundamentele intervallen; rubidium klokken gebruik rubidium atomen. Omdat de tweede wordt gedefinieerd door de internationale overeenkomst als de lengte van de tijd die nodig is voor een opgegeven aantal cycli van een bepaalde frequentie van straling door de cesiumatoom, cesium klokken zijn primaire normen van tijd en frequentie. Toon rubidium klokken hebben kleinere variaties in frequentie gedurende korte perioden dan cesium klokken. De eerste volledige en operationele atoomklok werd ontwikkeld door H. Lyons en zijn medestanders op de U. S. Nationale Bureau van normen (NBS) in 1948-1949 . Het was eigenlijk een moleculaire klok; het ammoniak moleculen gebruikt voor de vaststelling van de fundamentele frequentie en interval van tijd. True atoomklokken kwam later en het gevolg is van het werk van L. Essen en zijn medewerkers op het National Physical Laboratory (Engeland) en van Lyon en zijn medewerkers op NBS van ongeveer 1952 verder.