原子钟有很多种，有些是芯片级电子产品，是为军方开发的，但现在已经商业化，而更大更精确的原子钟跟踪GPS卫星的时间。但所有原子钟的工作原理都是一样的。其他使用铷等元素，具有一定数量的价电子，或每个原子外壳中的电子。当用特定频率的电磁辐射击中原子时，电子在两种能态之间转变。在20世纪60年代，科学家们不再根据天体的轨道和旋转来测量时间，而是开始使用基于量子力学原理的这些时钟。测量时间似乎是一种奇怪的方式，但是电磁辐射波中特定数量的振荡或嘀嗒的持续时间是科学家定义第二种振荡的官方方法。具体而言，第二个是微波激光器的振荡的持续时间，其将导致铯原子跃迁。但是，我们拥有比测量铯更好的原子钟。镱时钟是一种独特类型的原子钟，称为光学晶格时钟。
本质上，时钟使用光学频率或激光中的电磁辐射来捕获数千个镱原子，然后使其外部电子在地能态和激发能态之间转变。与铯相比，需要更高频率的电磁辐射来引起镱转变。从无线电波到伽马射线的所有电磁波，以及它们之间的所有可见光，都是由光子构成的相同类型的波，不同之处在于频率更高的波振荡更快。用于过渡铯的微波被拉伸成比可见光更长的波长和更低的频率。使用在较高频率转换的原子是构建更好时钟的关键。虽然目前大约有90亿次微波振荡，但相同的持续时间可以通过接近500万亿次可见光波的振荡来表示，从而提高了科学家精确测量时间的能力。如果镱钟上的测量激光被拨入恰好合适的频率，则镱原子将跳跃到激发能量状态。在某些方面产生了第二次实现的最佳测量。具体而言，时钟为系统的不确定性，稳定性和可重复性设定了新的记录。新的测量是在一个详细的论文今天发表性质。
在这些方面，镱光学时钟比用于确定第二个定义的铯喷泉时钟更精确。镱时钟在技术上并不比铯钟更准确，因为精确度具体与测量结果的官方定义有多接近，并且没有什么比定义所基于的铯钟更准确。即便如此，这里的关键指标是系统的不确定性-衡量时钟与镱原子真实，无扰动，自然振荡的接近程度，导致它们转变的确切频率。这些类型测量的挑战是处理可能影响镱原子固有频率的外部因素，并且因为这些是有史以来最敏感的测量，宇宙的每个物理效应都是一个因素。改变时钟固有频率的外部效应包括黑体辐射、重力、电场和原子的轻微碰撞。为了减少这些自然物理因素的影响，首先将在一些矿物中天然存在的镱原子加热至气态。然后使用激光冷却将原子的温度从数百开氏度降低到几千分之一度，然后进一步冷却到约10微开尔文的温度，或高于绝对零度的百万分之10的温度。
然后将原子加载到真空室和热屏蔽环境中。测量激光通过原子发射并反射回自身，产生晶格，将原子捕获在驻波光的高能量部分，而不是运行波，例如典型的激光指示器。提高测量的稳定性和可重复性，镱钟也为其创造了新的记录，有助于进一步说明影响时钟的任何外力。时钟的稳定性基本上是频率随时间变化的量度，测量时间的这种精确度已经被科学家们使用，但改进测量时间的实际应用包括导航和通信的进步。虽然当时没有人能够知道它，但20世纪中期早期的原子钟工作最终将使全球定位系统和依赖它的每一个行业和技术成为可能。拉德洛说：“我认为我不能完全预测20年或50年后哪些应用会从中受益最多，但我可以说，回顾历史，今天原子钟的一些最深刻的影响是没有预料到的。
”镱钟也可用于高级物理研究，例如重力场建模和暗物质或引力波的可能检测。基本上，时钟是如此敏感，以至于可以检测到由于重力或其他物理力的变化引起的任何干扰。如果您在世界各地放置多个镱钟，您可以测量重力的微小变化，更接近海平面以及更接近极点，使科学家能够比以往更精确地测量地球引力场的形状之前。类似地，可以检测到与暗物质粒子的相互作用，或甚至可能检测到影响两个时钟分开的时钟的引力波。在未来10年左右的时间里，世界上的测量科学机构有可能决定基于光学时钟而不是铯钟来重新定义第二种。
这种重新定义可能是不可避免的，因为光学激光器的工作频率远高于微波，从而增加了秒钟中包含的时钟滴答的数量。镱时钟测量将是新定义的良好候选者，但使用汞和锶的光学晶格时钟也产生了有希望的结果，并且悬浮和转换单个原子的离子光学时钟为新定义提供了另一个有趣的可能性。这些原子现象的测量越来越精确，而且我们对时间的理解不断发展，我们无法知道。
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