在國際單位制中的7個基本單位中（1.長度—米；2.質量—千克或公斤；3.時間—秒；4.電流—安或安培；5.熱力學溫度—開或開爾文；6.物質的量—摩或摩爾；7.發光強度—坎或坎德拉）時間單位的定義與測量是歷史最悠久、情況最復雜、目前測量精度最高的一個基本單位。

天文學時間標準在人類社會活動和科學技術進步中曾經發揮了巨大作用。但是由于它的實測精度很難提高，在20世紀50年代以后，逐步為新興的物理學原子標準所取代。原子時間計量標準在1967年正式取代了天文學的秒長的定義新秒長規定為：位于海平面上的銫Cs133原子基態的兩個超精細能級間在零磁場中躍遷振蕩9192631770個周期所持續的時間為一個原子時秒。這一定義標志著時間測量的一個新時代的到來。

時間既然由原子振蕩頻率來定義。因此頻率穩定度和頻率準確度便成為時間測量的一個重要概念。在時頻測量中習慣上把不穩定性稱為穩定度，例如，國際原子時的穩定度為正負3乘10的負15次方。就是指國際原子時在取樣時間內的不穩定性

時域下的時間穩定度測量——被測時鐘和參考時鐘的輸出信號（例如秒）分別進入時間間隔計數器。參考時鐘的秒脈沖信號為開門信號被測時鐘的秒脈沖信號為關門信號。然后由時間間隔計數器計算被測時鐘秒脈沖到達預設波陣面高度的時刻。  

時域下的頻率穩定度測量——測量頻率穩定度一般使用兩個頻率不同但相近的振蕩器，去伺服混頻器再經過低通濾波后，由電子計數器進行測量。

頻域下的頻率穩定度特征——要得到各種偶然因素造成的頻率不穩定性，一般方法是將它們的功率譜密度函數在所有的頻率上進行積分。然后對增量利用方差進行統計處理。最常用的是Allan方差。

時間和頻率比對——在原子時測量領域中，由于構成時間的基本單位是頻率。因此，實驗室內部需要經常進行頻率比對，以求得盡量均勻的時間單位；同時，各個實驗室之間也需要相互比對。時間比對主要分為局部時間比對和遠距離時間比對，在遠距離時間比對中又采用搬運鐘、單向法、雙向法。