원자 시계(原子時計)는 원자의 진동수가 일정함을 이용하여 만든 시계이다. 온도 등의 외부 영향을 거의 받지 않아 정확도가 매우 높다. 암모니아, 루비듐, 수소 등이 사용되나, 그 중 국제원자시의 기준이 되는 세슘 원자로 만든 시계가 특히 정확성이 높다. 보도(步道, 1일간에 늦어지거나 빨라지는 양)는 0.0000001초 이다.
