世界时准确度低，历书时准确度比世界时高，但测量十分费时，误差也较大。而现在科学技术，生产和生活对时间频率准确度提出越来越高的要求。世界时和历书时已经越来越不能满足日益增高的需求，迫切需要寻找更为准确的时间标准。于是人们把目光从宏观世界转向了微观世界。

　　20世界物理学得到了迅速发展，尤其是量子力学揭示了物体微观世界的运动规律。现在人们都知道原子具有复杂的内部结构，它由一个原子核和若干个围绕原子核运动的电子组成。原子能量的大小由原子核和若干个回绕原子核运动的电子组成。

　　原子能量的大小由原子核和电子以及电子直接的相互作用的状态所决定。相互作用的状态不同，原子能量的大小就不同。与宏观世界能量可连续取不同值不一样，量子力学的研究表明原子能量只能取某些特定的离散的数值，这些离散的数值称为能级，它们对特定的相互作用或运动状态。能量低的能级称为基态能级，其余能级称为激发态能级。当原子由于某种原因从一个能级跳到另外一个能级，从而发射或吸收两个能级差的能量的过程称为原子跃迁。发射和吸收的能量以某一频率的电磁波的形式表现出来。其频率和能级差的关系如下式所示，即 f = (Em - En) /h ,其中 f 为发射或吸收的无线电波频率;Em ,En 为原子的两个不同能级对应的能量;

　　h 为普朗克常数。