Um relógio atómico é o tipo de relógio mais preciso do mundo, concebido para medir o tempo de acordo com as vibrações dentro dos átomos. NIST-F1, o relógio atómico padrão dos Estados Unidos, é dito ser tão preciso que não ganharia nem perderia um segundo em mais de 30 milhões de anos. Relógios atômicos são usados para coordenar sistemas que requerem extrema precisão, como a navegação pelo Sistema de Posicionamento Global ( GPS ) e a Internet. Um grupo de relógios atômicos localizados em vários lugares do mundo é usado em conjunto para estabelecer o Tempo Universal Coordenado ( UTC ).
Como um relógio normal, um relógio atômico mantém o tempo de acordo com a oscilação, que é uma variação ou movimento periódico entre duas entidades ou entre dois estados de uma única entidade, criado por mudanças na energia. Num relógio acionado por pêndulo, por exemplo, a oscilação é o movimento de ida e volta do pêndulo (o oscilador). Tal relógio mantém o tempo de acordo com a freqüência de oscilação do pêndulo, que será mais ou menos precisa, dependendo de uma série de variáveis. A precisão de um relógio atômico, por outro lado, depende do fato de que um átomo, causado a oscilar, sempre vibrará na mesma freqüência.
Em 1945, Isidor Rabi, professor de física da Universidade de Columbia, propôs que as vibrações atômicas pudessem ser usadas para manter o tempo, com base em algo que ele tinha desenvolvido chamado ressonância magnética de feixe atômico. Quatro anos depois, o National Bureau of Standards (agora Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia) tinha desenvolvido um relógio atômico que usava as vibrações das moléculas de amoníaco. NIST-F1, o padrão atual dos Estados Unidos, usa átomos de césio; ele e um padrão semelhante de relógio atômico em Paris são os relógios mais precisos já feitos.
Os primeiros relógios atômicos comerciais à base de césio foram fabricados pela National Company, uma empresa sediada em Massachusetts; Frequency Electronics, FTS, e Hewlett-Packard ( HP ) estão entre as empresas que os produzem atualmente. Os relógios atómicos nunca foram muito utilizados em produtos de consumo porque são tipicamente grandes e consomem muita energia. Recentemente, porém, a NIST desenvolveu um relógio atômico que supera esses problemas. Sobre o tamanho de um grão de arroz e com precisão de um segundo em 126 anos, o novo mecanismo poderia em breve ser fabricado em chips de computador e utilizado em dispositivos portáteis do mercado consumidor, como rádios, sistemas GPS e telefones celulares.