Ursprünglich war die Sekunde als "zweite Minute" bekannt, d.h. die zweite Minute (d.h. kleine) Einteilung einer Stunde. Die erste Einteilung war als "Primzahl-Minute" bekannt und entspricht der Minute, die wir heute kennen. Die dritte und vierte Minute wurden manchmal für Berechnungen verwendet.
Der Faktor 60 stammt von den Babyloniern, die ein sexagesimales (Basis-60) Zahlensystem verwendeten. Die Babylonier unterteilten ihre Zeiteinheiten jedoch nicht sexagesimal (außer für den Tag). Die Stunde war von den alten Ägyptern entweder als 1/12 der Tageszeit oder 1/12 der Nachtzeit definiert worden, so dass beide mit den Jahreszeiten variierten. Griechische Astronomen, zum Beispiel Hipparchus und Ptolemäus, definierten die Stunde als 1/24 eines mittleren Sonnentages. Eine sexagesimale Unterteilung dieser mittleren Sonnenstunde machte aus der zweiten 1/86.400 eines mittleren Sonnentages. []
Griechische Zeiträume, z.B. der mittlere synodische Monat, wurden in der Regel recht genau angegeben, weil sie aus sorgfältig ausgewählten, durch Hunderte von Jahren getrennten Finsternissen berechnet wurden - einzelne mittlere synodische Monate und ähnliche Zeiträume können nicht gemessen werden. Mit der Entwicklung von Pendeluhren, die die mittlere Zeit halten (im Gegensatz zu der von Sonnenuhren angezeigten scheinbaren Zeit), wurde die Sekunde jedoch messbar. Das Sekundenpendel wurde bereits 1660 von der Royal Society of London als Längeneinheit vorgeschlagen. Die Dauer eines Schlags oder einer halben Periode (ein Schwung, nicht hin und her) eines Pendels von einem Meter Länge auf der Erdoberfläche beträgt ungefähr eine Sekunde.
Im Jahr 1956 wurde die zweite als Zeitraum der Drehung der Erde um die Sonne für eine bestimmte Epoche definiert, da man inzwischen erkannt hatte, dass die Rotation der Erde um ihre eigene Achse als Zeitmaßstab nicht ausreichend einheitlich war. Die Bewegung der Erde wurde in Newcombs Tabellen der Sonne beschrieben, die eine Formel für die Bewegung der Sonne in der Epoche 1900 auf der Grundlage astronomischer Beobachtungen zwischen 1750 und 1892 enthält. Die zweite so definierte ist
der Bruchteil 1/31.556.925.9747 des tropischen Jahres für 1900 Januar 0 um 12 Stunden Ephemeridenzeit.
Diese Definition wurde 1960 von der Elften Generalkonferenz für Maß und Gewicht ratifiziert. Das Tropenjahr in der Definition wurde nicht gemessen, sondern anhand einer Formel berechnet, die ein Tropenjahr beschreibt, das mit der Zeit linear abnahm, daher der merkwürdige Hinweis auf ein bestimmtes augenblickliches Tropenjahr. Da diese Sekunde die unabhängige Zeitvariable war, die während des größten Teils des zwanzigsten Jahrhunderts in den Ephemeriden von Sonne und Mond verwendet wurde (Newcombs Sonnentafeln wurden von 1900 bis 1983 und Browns Mondtafeln von 1920 bis 1983 verwendet), wurde sie als Ephemeridensekunde bezeichnet.
Als Atomuhren hergestellt wurden, wurden sie zur Grundlage der Definition der Sekunde, und nicht der Umdrehung der Erde um die Sonne.
Nach mehrjähriger Arbeit bestimmten Louis Essen vom National Physical Laboratory (Teddington, England) und William Markowitz vom United States Naval Observatory (USNO) die Beziehung zwischen der Hyperfein-Übergangsfrequenz des Cäsiumatoms und der Ephemeridensekunde. Mit einer Common-View-Messmethode, die auf den empfangenen Signalen des Radiosenders WWV basierte, bestimmten sie die Bahnbewegung des Mondes um die Erde, woraus die scheinbare Bewegung der Sonne abgeleitet werden konnte, in Bezug auf die von einer Atomuhr gemessene Zeit. Als Ergebnis definierte die Dreizehnte Generalkonferenz für Maß und Gewicht 1967 die Sekunde der Atomzeit im Internationalen Einheitensystem (SI) als
die Dauer von 9.192.631.770 Perioden der Strahlung, die dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes des Cäsium-133-Atoms entspricht.
Der Grundzustand ist bei Magnetfeld Null definiert. Die so definierte Sekunde entspricht der Ephemeridensekunde.
Die Definition der zweiten wurde später auf der Tagung des BIPM 1997 verfeinert und umfasste die Erklärung
Diese Definition bezieht sich auf ein Cäsiumatom in Ruhe bei einer Temperatur von 0 K.
Die überarbeitete Definition scheint zu implizieren, dass die ideale Atomuhr ein einzelnes Cäsiumatom in Ruhe enthalten würde, das eine einzige Frequenz abgibt. In der Praxis bedeutet die Definition jedoch, dass hochpräzise Realisierungen der Sekunde die Auswirkungen der Umgebungstemperatur (Schwarzkörperstrahlung), innerhalb derer Atomuhren arbeiten, kompensieren und entsprechend auf den oben definierten Wert der Sekunde extrapolieren sollten.
