Atom saatleri, atomların belirli rezonans frekanslarını kullanmak suretiyle son derece hassas bir şekilde zamanı ölçen aletlerdir. İlk atom saatleri, mikrodalga amplifikasyonunu kullanan Maserler (Mikrodalga Amplifikasyon ile Uyarılmış Radyasyon) olarak bilinen cihazlardı. Daha sonra geliştirilen modern atom saatleri, soğutulmuş atomlar ve atomik çeşmeleri kullanan daha gelişmiş cihazlardır.
Atom saatlerinin temel işleme mantığı, atomların belirli enerji seviyelerindeki geçişlerinin düzenli ve sabit olmasına dayanır. Söz konusu geçişler, atomların rezonans frekanslarını meydana getirir. Atom saatleri, bu atomik rezonans frekanslarını ölçerek zamanı gösterir. Atomik rezonans frekansları çok yüksek doğruluk ve istikrar sağlar, bu da atom saatlerinin çok hassas olması sonucunu doğurur.
Modern atom saatleri, genellikle sezyum-133 atomlarının mikrodalga frekanslarını kullanarak çalışır. Sezyum atomları, belirli bir mikrodalga frekansında enerji seviyesi değişiklikleri gösterir. Atom saati, bu mikrodalga frekansındaki geçişleri sayarak zamanı ölçer.
Atom saatlerinin doğruluğu büyük ölçüde yüksektir. Bu nedenle de radyo saatleri genellikle atom saatlerini referans alırlar fakat atom saatleri kadar kesinlik ve doğruluk sağlayamazlar. Atom saatleri, uzay keşifleri, haberleşme sistemleri, GPS ve diğer hassas zaman gerektiren teknolojiler için kritik bir öneme sahiptir.
