最初,秒被称为"秒分",意思是一小时的第二分钟(即小)分。第一分称为"质分",相当于我们今天所知道的分钟。第三、第四分钟有时也用于计算。
60的因子来自于巴比伦人,他们使用的是性别小数(基数-60)数字系统。然而,巴比伦人并没有将他们的时间单位按性别进行细分(除了一天)。古埃及人将小时定义为白天的1/12或夜间的1/12,因此两者都随季节变化而变化。希腊的天文学家,例如希帕克斯和托勒密,把小时定义为平均太阳日的1/24。将这个平均太阳时辰再细分,使第二个小时成为平均太阳日的1/86,400。[]
希腊的时间段,例如平均节气月,通常是非常精确的,因为它们是由精心挑选的相隔数百年的日食计算出来的--个人的平均节气月和类似的时间段是无法测量的。然而,随着摆钟的发展,保持平均时间(相对于日晷所显示的明显时间),秒变得可以测量。早在1660年,伦敦皇家学会就提出将秒摆作为长度单位。在地球表面上,一米长的钟摆的一拍或半周期(一次摆动,而不是来回摆动)的持续时间约为一秒。
1956年,第二种定义为地球在某一特定纪元绕太阳公转的周期,因为当时人们已经认识到,地球以自身为轴的自转作为时间的标准不够统一。纽科姆的《太阳表》对地球的运动进行了描述,它根据1750年至1892年的天文观测结果,提供了1900年纪元太阳运动的公式。这样定义的第二个是
1900年1月0日热带年的1/31,556,925.9747的部分,在12小时星历时间。
1960年第十一届计量大会批准了这一定义。定义中的热带年并不是测量出来的,而是根据一个描述热带年的公式计算出来的,这个公式随时间的推移而线性减少,因此奇怪地提到了一个特定的瞬时热带年。因为在二十世纪的大部分时间里,这个秒是日月星历中使用的独立时间变量(纽科姆的《太阳表》从1900年到1983年使用,布朗的《月球表》从1920年到1983年使用),所以它被称为星历秒。
当原子钟被制造出来后,它们成为了秒的定义的基础,而不是地球绕太阳的旋转。
经过几年的工作,国家物理实验室(英国泰丁顿)的Louis Essen和美国海军天文台的William Markowitz确定了铯原子的超细转换频率与星历秒之间的关系。他们利用基于无线电台WWV接收信号的共视测量方法,确定了月球围绕地球的轨道运动,由此可以推断出太阳的表观运动,用原子钟测量的时间。因此,1967年第十三次计量大会将国际单位制中的原子时间秒定义为
铯-133原子的两个超细级之间的过渡所对应的辐射的9,192,631,770个周期;
在零磁场下定义地态。这样定义的秒相当于星历秒。
第二个定义后来在1997年的BIPM会议上作了修改,列入了以下陈述:
这个定义指的是静止时温度为0K的铯原子。
修订后的定义似乎意味着,理想的原子钟将包含一个静止状态下发射单一频率的铯原子。但在实践中,该定义意味着秒的高精度实现应补偿原子钟工作的环境温度(黑体辐射)的影响,并相应地推算出上述定义的秒值。