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1911年，愛因斯坦發表「廣義相對論」，提出「彎曲時空」概念。
1911年，愛因斯坦發表「廣義相對論」，闡述重力（就是牛頓所提的「萬有引力」）的本質是導因於物質的分布而彎曲了鄰近的「時間─空間」結構（圖9）。當另一物質在此凹陷彎曲的時空結構中運行時，它的行進行為、路徑正如被凹陷彎曲時空中的物質吸引般的偏折，甚至陷入其中。換言之，宇宙中像星體般的巨大質量，附近空間會形成巨大彎曲，當鄰近的物質接近而陷進彎曲的空間時，正可以解釋為什麼有一種稱為重力的力量會吸引鄰近的物質。物體在外太空中前進，除非進入行星或恆星的重力場所形成的時空彎曲範圍內，否則它將永遠循直線運行。物體以高速前進時，若受重力場影響，將會偏離原路徑。當物體以低速接近此星體時，將會被牽引成橢圓軌道而繞此星球運行。更慢的物體靠近時，則可能會直接撞擊這星體。
為了驗證愛因斯坦廣義相對論中所述「時空是隨著物質的分布而彎曲」的正確性，他甚至推斷光經過強大的重力吸引也會有偏折的現象發生。一群科學家在1916年一次日食的前夕，拍攝了一組夜晚的群星相片，次日在逢日全食的時候，在同一地又拍攝這組群星相片。比較之下正如愛因斯坦廣義相對論假想實驗之預測，發現第二張照片的星星位置已經移動了。也就是說，原本以為日食時無法見到當時太陽後面所掩住的星光，但照片所呈現日食當時仍觀測到了這顆星星，照片上顯示觀測當時星星有偏離原來位置的現象，驗證了「時空是隨著物質的分布而彎曲」的論點。換言之，從重力能使光的行進路徑產生偏折的觀測中，知道物質附近的「時間─空間」結構是彎曲的。
1918年的石英鐘（圖10）
1955年的銫原子鐘
銫原子鐘（圖11）是藉由銫原子與微波相互作用，以探測原子躍遷頻率而達到實現秒定義的目的。利用磁鐵將銫原子的兩個基態能階分離出來，處在單一能態的銫原子在飛行經過微波共振腔振盪場與微波作用後一部分銫原子即行躍遷至另一能階，銫原子躍遷至此一能階的比例即可代表微波場微波頻率與銫原子共振頻率的重疊程度，微波頻率若能與銫原子共振頻率完全一致，則這時的微波頻率就可以用來實現秒的定義。
1978年的GPS 衛星全球定位系統計時（圖12）
1999年的NIST 噴泉式銫原子鐘
噴泉式銫原子鐘（圖13）是以雷射致冷之銫原子團為基礎，將冷原子往上噴形成噴泉，並在冷原子運動路徑上置入微波共振腔，以取出銫原子與微波共振訊號做為鎖頻之用。在噴泉式銫原子鐘中，原子速度極慢，與微波作用時間特別長，訊號解析度可比傳統銫原子鐘好100倍。
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