A principios del siglo XX, con el descubrimiento de las partículas atómicas, la técnica dio un paso adelante con respecto a otros periodos de la historia. La medición del tiempo por medio de mecanismos de engranaje comenzó a quedar atrás a medida que la tecnología ofrecía mayor precisión. La oscilación producida por un átomo podía dar una medida mucho más minuciosa del tiempo que cualquier otro medio. Así pues, al conocer el periodo de oscilación de una partícula atómica, el reloj atómico se convirtió en el más exacto conocido hasta hoy.