分子钟是指利用氨分子中的氮原子的振荡作为等时运动的高精度计时仪器。由高稳定的石英振荡器、倍频器、波导管、错误讯号甄别器、分频器和同步电动机等组成。每日误差不到万分之一秒。

分子钟是一种精密的计时仪器。由分子能级跃迁吸收或发射频率异常稳定的电磁波，作为频率标准而制成的计时仪器。早期用氨分子的一条吸收谱线，其频率为23870兆赫。将同样频率的超高频信号通过充满氨气，压强为133.322×10-2~133.32222×10-5帕的波导管中，经晶体检波就得到氨的吸收谱线（谱线的宽度随压强的降低而变窄）。利用一系列电子电路校正石英钟，这样计量时间每天可准确到万分之一秒，或更准确。应用氨分子束通过不均匀电场，使高能态分子聚焦，并射入谐振腔的方法，可得到氨分子的发射谱线。这类分子钟每天准确到十万分之一秒，或更准确。也可利用氨的其他谱线或其他化台物的谱线制造分子钟。

1948年到1949年，美国国家标准局研制成功世界上第一台完整的“原子钟”，这台原子钟主要包括一个石英晶体振荡器和一根充满氨气的波导管。这根管子盘绕钟面，放在仪器顶部。用氨分子的吸收谱线来稳定石英振荡器的频率，并分频后驱动50Hz的钟。

1953年美国哥伦比亚大学的汤斯（C.H.Townes）研制成功第一台氨钟，这一成功，诞生了量子电子学，并使汤斯获得了诺贝尔奖。我国科学家王天眷参加了第一台氨钟的研制工作。