En la década de 1930, Rabi y sus alumnos estudiaron las propiedades básicas de los átomos y núcleos en un laboratorio de la Universidad de Columbia. Fue aquí donde confiaron en este reloj atómico para dar el valioso primer paso hacia la fabricación de un reloj. En el curso de su investigación, Rabi inventó una tecnología llamada vibración magnética. Utilizando esta técnica, pudo medir las frecuencias vibratorias naturales de los átomos. Por ello también ganó el Premio Nobel en 1944. Ese mismo año propuso por primera vez "la idea de discusión" (como la llamaron sus alumnos) de que estas * * * frecuencias de vibración eran tan precisas que podrían usarse para fabricar relojes de alta precisión. También propuso específicamente utilizar la frecuencia de la llamada "transición hiperfina" de los átomos. Esta transición hiperfina se refiere a una transición entre dos estados con sutiles diferencias de energía causadas por diferentes interacciones magnéticas entre los núcleos atómicos y los electrones.
Después de la Segunda Guerra Mundial, tanto la Oficina Nacional Estadounidense de Estándares como el Laboratorio Nacional de Física Británico anunciaron que el estándar de tiempo atómico se determinaría basándose en el estudio de las vibraciones atómicas. El primer reloj atómico del mundo fue construido por Essen y Parry en el Laboratorio Nacional de Física, pero el reloj requería una sala de equipos y no era práctico. Otro científico, Zacharias, hizo del reloj atómico un instrumento más práctico. Zacarías planeó construir un reloj atómico, al que llamó Fuente Atómica, lleno de fantasía. Este reloj atómico es lo suficientemente preciso como para estudiar los efectos de la gravedad en el tiempo predichos por Einstein. Durante el desarrollo, Zacharias reveló un pequeño reloj atómico que podría transferirse fácilmente de un laboratorio a otro. En 1954, colaboró con Malden Corporation de Massachusetts para construir un reloj atómico comercial basado en su instrumento portátil. Dos años más tarde, la empresa produjo su primer reloj atómico y en cuatro años vendió 50 relojes atómicos. Hoy en día, los máseres de hidrógeno son descendientes de este reloj atómico.
La aparición de los relojes atómicos de hidrógeno marcó el comienzo de una nueva era en la medición del tiempo y la puntualidad. El máser de hidrógeno es un reloj que utiliza transiciones cuánticas (transiciones de niveles de energía) dentro de los átomos para producir una radiación de ondas electromagnéticas extremadamente regulares y contar estas ondas electromagnéticas.
En 1946 se propuso el principio del oscilador controlado por líneas espectrales. En 1947 se produjo un oscilador controlado por transiciones cuánticas de moléculas de amoníaco.
El primer reloj de amoníaco nació en 1949 en la Oficina Nacional Estadounidense de Normas. En 1954, la Universidad de Columbia desarrolló con éxito un oscilador de nivel superior llamado máser.
En 1955, el primer estándar de frecuencia del haz de cesio se puso en funcionamiento en el Laboratorio Nacional de Física Británico.
En 1955 y 1958, este laboratorio y el Observatorio Naval de Estados Unidos midieron las frecuencias de cesio utilizando efemérides de segundos de tiempo (medidas al observar la Luna con una cámara lunar de dos velocidades). Desde entonces, muchos laboratorios han establecido estándares de frecuencia del haz de cesio. El pequeño reloj de hidrógeno pesa sólo 30 kg y tiene una precisión del orden de t0-1z.
Los máseres de hidrógeno tienen una estabilidad extremadamente alta. El primer reloj de hidrógeno se construyó en la Universidad de Harvard en 1960. La estabilidad del reloj de hidrógeno es tan alta como 1X10-14.
En 2010 se instalará en Brasil el primer máser de hidrógeno. Según Ricardo Carvalho, director de proyecto del Centro Nacional de Observación del Ministerio de Ciencia y Tecnología de Brasil, este máser de hidrógeno se basa en la frecuencia de los átomos de hidrógeno y el error de velocidad no puede ser superior a 1 segundo cada 100.000 años. Brasil adquirió un reloj atómico basado en la frecuencia de los átomos de hidrógeno para obtener la hora legal basada en pesos y medidas internacionales.