Atominis laikrodis yra labai tikslus laiko matavimo prietaisas, kuris remiasi žinomu elemento dažnio standartu, kad pažymėtų bėgantį laiką. Kiekvienas elementas skleidžia impulsus žinomais intervalais skirtingais dažniais, o šie spinduliai yra labai stabilūs ir labai reguliarūs. Šių impulsų pagalba galima labai tiksliai laikyti laiką. Tiesą sakant, laiką galima pažymėti taip tiksliai, kad tarptautinis sekundės apibrėžimo standartas yra pagrįstas ceziu 133 – elementu, naudojamu tiksliausiuose atominiuose laikrodžiuose pasaulyje.
Atominiai laikrodžiai priklauso nuo osciliatoriaus naudojimo, kuris yra sureguliuotas pagal dažnį, kuriuo vyksta emisijos. Labai kontroliuojamoje aplinkoje, skirtoje pašalinti kuo daugiau neapibrėžtumo, osciliatorius reaguoja į impulsus, kuriuos generuoja atominiame laikrodyje naudojamas elementas. Nors daugelis žmonių „atominį“ asocijuoja su branduoline spinduliuote, atominis laikrodis iš tikrųjų nenaudoja pavojingą spinduliuotę generuojančių elementų.
Pirmasis atominis laikrodis buvo sukurtas 1948 m. Jis nebuvo labai tikslus, bet parodė, kad ankstesniais dešimtmečiais sukurtos teorijos iš tikrųjų buvo teisingos, ir buvo įmanoma sukurti laikrodį, kuris naudotų elemento dažnio standartą kaip laiko matavimo priemonę. . Tyrėjai greitai sukūrė tikslesnius laikrodžius, o galiausiai visame pasaulyje buvo naudojami cezio fontano laikrodžiai, laikantis visuotinio standartinio laiko, pagrindo, kuriuo nustatoma, koks laikas. Šiuos laikrodžius naudoja nacionalinės vyriausybės ir mokslinės laboratorijos, siekdamos užtikrinti, kad jų laikas būtų tikslus ir vienodas.
Laboratorijos naudoja atominius laikrodžius, kad išlaikytų labai tikslų laiką. Nemažai įmonių taip pat parduoda vartotojams laikrodžius, kurie pažymėti kaip „atominiai“. Šie laikrodžiai iš tikrųjų yra radijo laikrodžiai; jie bendrauja su kitais atominiais laikrodžiais, kad išlaikytų laiką, o ne patys būtų atominiai laikrodžiai. Nors šie laikrodžiai gali būti labai tikslūs, yra paklaidos riba, todėl jie netinkami moksliniam naudojimui.
Jungtinėse Amerikos Valstijose Nacionalinis standartų ir technologijų institutas (NIST) laboratorijoje, esančioje Boulder mieste, Kolorado valstijoje, prižiūri cezio fontano atominį laikrodį, kuris naudojamas kaip vienas iš daugelio laikrodžių, padedančių koordinuoti laiką sekti tarptautinius Atominis laikas. Kitas dalyvaujančias laboratorijas galima rasti tokiose vietose kaip Didžioji Britanija, Australija, Egiptas, Indija, Rusija ir Prancūzija, be kitų. Šių laikrodžių tikslumas nuolat gerėja; nuo 2009 m. tokie laikrodžiai neturėtų įgyti ar prarasti nė sekundės per 60 milijonų metų laikotarpį.