授时系统铷原子频标的物理部分由光谱灯，滤光泡，内有吸收泡的谐振腔和光检测器四部分组成。光谱灯在高频信号和恒温电路作用下蒸发成气并利用高频放电将RB87基态原子激发。激态的原子自发辐射出波长分别为7974A和7800A的光线。

滤光泡内充有RB85金属和惰性气体。RB87从激态到基态有两条谱线a和b,RB85 从激态到基态也有两条谱线A和B;从谱线图上可见A与a有相重的部分，而谱线B与b不相重。这意为着RB85光谱灯发出的两条谱线a和b经RB85的滤光泡后，a线会被滤光泡所吸收，b 线能通过。滤光泡充以惰性气体的目的是加宽RB85的谱线以达到更好的滤光效果。

吸收泡内充有RB87金属和缓冲气体。吸收泡中充入的缓冲气体是用于RB87原子与缓冲气体的分子相碰撞而变成缓慢的减速运动。这样做有两个好处，一是使RB87原子与微波激励处的作用时间加长，提高鉴频器的Q值，二是可缩小吸收泡的尺寸。

谐振腔外绕有线圈，用来产生C场，可知C场的大小可调节跃迁频率，因此调节C场可校准铷原子频率标准的频率。

物理部分需要磁屏蔽，以减少杂散磁场对跃迁频率的影响。物理部分也需要保持恒定的工作温度，以减小装置的温度效应。