1960～1967年期间,国际组织曾经改用以地球公转运动为基础的曆书时代替平太阳时来导出秒的定义。虽然地球公转的周期在理论上是不变的，但由于测量上的困难,利用三年的观测数据只能达到10的精确度。因此，这个新定义始终没能在时间频率计量中发挥作用。1955年，英国国家物理研究院的科学家L.埃森以铯原子基态(3,0)匑(4,0)能级跃迁为基础製成一台準确度更高的标準频率发生装置。这是量子电子学的一项重要成果。它所达到的準确度超过了过去以天体运动为基础的时间频率基準。当时曾用曆书时对此装置的频率值进行了三年的精确测量，测出其频率值为9192631770±20赫（其中±20赫误差主要来自曆书时本身）。到1967年，国际计量委员会对秒定义又进行了修改。新的秒定义是：“秒是铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间”。根据这一定义复现时间单位秒的装置称铯原子时间频率基準，简称铯基準。(见彩图)时间与频率基準原子的跃迁辐射可以作为时间频率基準的原因是：原子处在静止和不受干扰的情况下跃迁频率是不变的。但实际装置只能在一定的原子速度和一定的外界干扰因素作用下工作，这些干扰因素会使原子的跃迁频率偏离理想值。干扰因素很多，其中较大的是磁场的影响、二级都卜勒效应和激发原子跃迁的两个振荡场之间的相位差。为获得铯基準的频率準确值，就必须对所有干扰因素造成的频移量进行测定或估算并加以修正。人们把所有测量和估算的误差以及频率偏移量的不稳定程度等按规定的统计方法合成，并把合成的结果算作铯基準的不确定度。这个不确定度标誌着铯基準所给的频率值和定义值之间可能存在的差异。差异越小则铯基準的準确度越高。随着技术的进展，时间频率基準的设计和装调得到不断的改善，準确度也随之提高。自铯基準问世后，準确度已提高了数万倍，达10量级。但是，向理论的準确度极限趋近的途径还很多，人们可以在铯基準的基础上加以改进而提高其準确度，也可以寻找条件更有利的其他类型的原子分子的跃迁过程，形成新型的量子频标。中国研製成的铯基準于1981年达到10的準确度，并通过了国家鉴定，成为国家的时间频率基準。

在时间单位的新定义下，时刻可以通过在规定的起点下对铯基準给出的秒长进行累积而获得。国际原子时的累积工作是从1958年1月1日起始的，其时刻起点和当时的平太阳时的时刻一致。但是，这样累积起来的时刻会逐渐偏离平太阳时的时刻。人们日常生活和大量与地球自转规律密切相关的科学技术工作，仍然需要继续使用平太阳时的时刻，因此，国际时间局于1972年建立协调世界时 (UTC)作为国际的法定时间，它保留原子时的秒长，但採用闰秒方法对原子时的时刻进行修正。这样，协调世界时和平太阳时的时刻相差不超过1秒,而秒长与秒的新定义值相符合。