Per misurare il tempo ci si basa su fenomeni periodici, come la vibrazione (indotta elettricamente) di un cristallo di quarzo. Ma questa vibrazione non è rigorosamente costante. L’orologio atomico tiene il cristallo di quarzo “sotto controllo” sfruttando le proprietà fisiche di atomi particolari. Come ci riesce? La vibrazione del quarzo è trasformata in microonde di frequenza dipendente dalla vibrazione stessa. Gli atomi assorbono le microonde, ma soltanto fino a che questa frequenza resta costante. Quando la frequenza varia, alcuni atomi non assorbono più le microonde e sono bloccati da un filtro (un campo magnetico o un raggio laser). Un rivelatore conta gli atomi che oltrepassano il filtro. Se sono troppo pochi, significa che la vibrazione del quarzo sta cambiando, e viene quindi corretta variando la corrente inviata al cristallo. I circuiti successivi sono analoghi a quelli di un normale orologio al quarzo.
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