Zum Messen von Zeitspannen wurden bis ins 20. Jh. hinein im Wesentlichen natürliche (Wasseruhr, Sanduhr, Sonnenuhr) oder mechanische (Pendel, Federschwingung) periodische Vorgänge benutzt. Bei bekannter Schwingungsperiode braucht man im Prinzip einfach nur die Zahl der Perioden zu zählen. Die Schwierigkeit besteht dabei weniger darin, die Periode eines Uhrpendels oder einer Sanduhr zu kennen, sondern vor allem darin, sie zuverlässig und permanent konstant zu halten (Pendelhalterung leiert aus, Sanduhr verliert Sand oder der Sand wird wegen eindringender Luftfeuchte langsam feucht).
Moderne Uhren messen die Frequenz von physikalischen Vorgängen, die mit äußerster Regelmäßigkeit ablaufen, so benutzt eine Quarzuhr Resonanzschwingungen von Quarzkristallen, die piezoelektrisch angeregt werden. Noch genauer funktionieren Atomuhren.