مطابق مدل اتمی بور، الکترون‌های موجود در یک اتم، فقط و فقط با دریافت مقادیر مشخصی از انرژی، از حالت پایه (لایه‌های پایین‌‌تر) به حالت برانگیخته (لایه‌های بالاتر) جهش می‌کنند.
همچنین این الکترون‌ها به منظور برگشتن به حالت پایه، مجددا مقادیر مشخصی از انرژی آزاد می‌کنند. این انرژی به صورت امواج الکترومغناطیس ساطع می‌شود. با توجه به اینکه انرژی این امواج مشخص است، فرکانس این امواج نیز مشخص است. یک اتم سزیم ۱۳۳ (تنها ایزوتوپ پایدار سزیم در طبیعت) را در نظر بگیرید. جابجایی الکترون بین یک حالت برانگیخته و حالت پایه‌ی این اتم، موج الکترومغناطیسی با فرکانس ۹ میلیارد و ۱۹۲ میلیون و ۶۳۱ هزار و ۷۷۰ سیکل بر ثانیه، نوسان می‌کند. هر اتم سزیم ۱۳۳ دیگری در آن دما، موجی دقیقا با همین فرکانس ایجاد می‌کند.
پس ما می‌توانیم یک ثانیه را به این صورت تعریف کنیم که :
مدت زمانی که موج الکترومغناطیس ساطع شده از یک اتم سزیم ۱۳۳ در اثر انتقال از حالت برانگیخته به حالت پایه، ۹۱۹۲۶۳۱۷۷۰ بار نوسان می‌کند.
این تعریف از ثانیه، تعریفی است که امروزه دستگاه بین المللی یکاها (International System of Units یا به اختصار SI) برای تعریف یک ثانیه استفاده می‌کند. البته در این تعریف، اتم سزیم ۱۳۳ بایستی در دمای صفر مطلق قرار داشته باشد. خطای یک ساعت اتمی در حد یک ثانیه در هر ۱۰۰ میلیون سال است. در حال حاضر حدود ۴۰۰ ساعت اتمی در گوشه و کنار جهان، در حال تعیین ساعت بین المللی اتمی (International Atomic Time یا TAI) هستند.