六十进位制来自巴比伦，她们以六十这个因素做为计算数量的单位。但是巴比伦人并没有将时分割为60分，而是古埃及将一日分为12时的白天和12时的夜晚，她们也这样子来区分四季。古希腊天文学家，包括希巴谷和托勒密，定义太阳日的24分之一为时。 以六十进位细分时，使得秒是一太阳日的86,400分之一。此处虽然如此表示，但很难相信古希腊人需要定义秒[来源请求]古希腊的时间周期，像是平朔望月定义得非常精确，因为他们不是观察单一的朔望月，而是以相距数百年的食来测量朔望月的平均长度（日数）。不过，发展出摆钟来保持平时（相对於日晷所显示的视时），使得秒成为可测量的时间单位。秒摆的摆长在1660年被伦敦皇家学会提出作为长度的单位，在地球表面，摆长约一米的单摆，一次摆动或是半周期（没有反复的一次摆动）的时间大约是一秒。
在1956年，秒被以特定历元下的地球公转周期来定义，因为当时天文学家知道地球在自转轴上的自转不够稳定，不足以作为时间的标准。纽康的太阳表以1900年的暦元描述太阳的运动，所依据的是1750年至1892年的观测。In 1956.秒的定义如下：
自历书时1900年1月 0日12时起算的回归年的31,556,925.9747分之一为一秒
在1960年，这个定义由第十一次的国际度量衡会议通过。虽然这个定义中的回归年的长度不能进行实测，但可以经由线性关系的平回归年的算式推导，因此，有一个具体的瞬时回归年长度可以参考。因为秒是用於大半个20世纪太阳和月球的星历表中的独立时间变数（纽康的太阳表从1900年使用至1983年，布朗的月球表从1920年使用至1983年），因此这个秒被称为历书秒。
随著原子钟的发展，秒的定义决定改采用原子时做为新的定义基准，而不再采用地球公转太阳定义的历书秒。
经过多年的努力，英国国家实验室的路易斯·埃森和美国海军天文台的威廉·马克维兹测量出铯原子的超精细跃迁周期和暦书秒的关系。[1]使用过去普通的测量方法，接收来自无线电台、WWV的讯号，使用一个原子钟来测量时间，他们确定了月球相对於地球的轨道运动，也推断出太阳表面可能有相对於地球的运动。结果，在1967年的第13届国际度量衡会议上决定以原子时定义的秒作为时间的国际标准单位：
铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。
在70年代体认到重力时间膨胀会导致在不同高度的原子钟有不同的秒，因此每个原子钟都必须改正为在平均海平面的高度，以取得一致的秒（大地水平面的自转约改变×10−10的秒长，在1977年开始修正并且在1980年已经制度化了。）。用相对论的术语来说，秒被定义成在转动的大地水平面上原时。
在1977年，在BIPM的会议中又重新定义，加进了新的陈述：
铯原子在0k下是静止不动的。（This definition refers to a caesium atom at rest at a temperature of 0 K. ）
修正过的定义似乎暗示理想的原子钟将只有静止的一个铯原子发射出单一的频率。在实务上，无论如何，这个定义意味者在那些原子钟之内的运作和外推的数值，秒的高精密度应该如上所述的考量到周围温度的补偿（黑体辐射）。
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