Atom saati, atomların veya moleküllerin belirli enerji seviyeleri arası geçişler sırasında yaydıkları radyasyonun frekanslarını temel alan son derece hassas bir zaman ölçüm cihazıdır. Bu saatler, vakum içinde hapsedilmiş ve laserlerle soğutulmuş atomlar kullanılarak yapılan zaman ölçümlerine dayanır. Özellikle sezyum atomları, atom saati teknolojilerinin en yaygın kullanıldığı elementlerdendir. Sezyum atom saatleri, ‘sezyum standardı’ olarak bilinen uluslararası zaman ölçüm standartlarına temel oluşturur.
Atom saatleri, saniyenin tanımını belirlemek için de kullanılır. Saniye, uluslararası olarak, bir sezyum-133 atomunun iki hiper ince temel durum seviyesi arasındaki geçiş karşılığında 9,192,631,770 döngüsü olarak tanımlanır. Bu tanım 1967 yılında Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu tarafından kabul edilmiştir ve o zamandan bu yana zaman ölçümünün altın standardı olarak kabul edilir.
Modern teknoloji ve iletişimin, özellikle de GPS sistemlerinin doğruluğu büyük ölçüde atom saatlerine bağlıdır. Ayrıca bilimsel araştırmalar, uzay keşifleri ve hatta finans dünyası gibi çok çeşitli alanlar, atom saatlerinin sağladığı kesin zaman ölçümüne güvenir. Atom saatlerinin sağladığı bu yüksek derecede kesinlik, günümüz dünyasında vazgeçilmez bir yere sahiptir.