通过观察古代太阳、月亮、星星和季节的变化，时间概念逐渐形成。对时间概念的理解和探索，伴随着整个人类历史的发展。同样长度的时间也是客观量，但时间是无形的。随着人类社会科学技术的进步，人们的计时方法也在不断改进。
光影计时
就时间的许多性质而言，人类首先掌握的是计算时间的方法。由于时间是一个连续有序的运动过程，我们可以用测量物体运动的过程来表示测量时间的标准。这样一个标准的运动过程需要尽可能统一和连续。例如，测量时间的标准运动可以用来测量水滴、缓慢燃烧的香、原子振荡等。
测量物体阴影在一天内的变化是人们最早掌握的计时方法。太阳作为地球自转的反射，日复一日地在东西方升起和落下，产生地球上物体的阴影运动。在人类早期，时间的概念是通过观察这一自然现象而产生的，并逐渐学会了计算时间。用物体眼影的变化和运动过程作为测量时间的标准运动。简而言之，我们可以通过观察阴影的长度或运动来计算时间。这就是光影计时的原理。这个原理比较简单，量具也不复杂，所以是人类首先掌握的。
根据这一原理设计出的计时工具一般通称为太阳钟，具体包括圭表和日晷等计时工具。圭表由“圭”和“表”两个部件组成，直立于平地上测日影的标杆和石柱，叫做“表”：正南正北方向平放的测定表影长度的刻板，叫做“圭”。通过“表”在“圭”上投影的长短来确定时间。
在成书于周代的古代典籍《周礼》中就有关于使用土圭的记载，可见圭表的历史相当久远。我国现存最早的圭表实物是年在江苏仪征一座东汉中叶墓葬中出土的一件袖珍铜制圭表，它由19.2厘米的表和34.39厘米长的圭构成，圭表之间有枢轴相连，可将表平放于匣内，圭表合装一体，启合自如，携带方便。
日晷也是通过观测日影计时的仪器，通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫“晷针”，垂直地穿过圆盘中心，起着圭表中立竿的作用，因此，晷针又叫“表”。石制的圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，呈南高北低，使晷面平行于赤道面，这样，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。在晷面的正反两面刻画出12个大格，每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时间。
我国历史典籍中关于日晷的记载最早出现在《汉书》当中。从出土文物来看，我国现存最早的日晷是年在内蒙古呼和浩特出土的“玉盘日晷”。此晷呈正方形，边长27.4厘米，厚度3.5厘米，晷面上刻有辐射条纹和1至69的数字，按顺时针方向排列，数字以小隶书写。
圭表与日晷的主要区别在于：圭表根据日影的长短判别方向测定季节、全年日数和冬至、夏至的日子，推算历法等；日晷主要是根据日影的位置来指定当日的时辰或刻数，是我国古代较为普遍使用的计时仪器。
漏刻计时
圭表、目晷等太阳钟操作简易，原理也不复杂，但是其最大弱点就是在阴雨天气或者没有太阳的黑夜是无法使用的，于是人们开始寻找其他的计时方法。计时水钟应运而生，这就是漏刻。据梁代《漏刻经》记载：“漏刻之作，盖肇于轩辕之日，宣乎夏商之代。”这说明，早在公元前三、四千年的父系氏族公社时期，我们的祖先就用漏刻这种滴水的器具来计时了。
漏刻的发明是古人受到容器漏水现象启发的结果。在新石器时代的早期，我国先民已能制作陶器。陶器在使用时难免会有破损裂缝，某些盛水的陶器可能因破损而漏水，而水的流失与时间的流逝有着一定的对应关系。在长期的社会生活中，这种现象多次地出现，使古人逐渐认识到二者之间的对应关系。久而久之，古人就产生用这种方法计量时间的概念。
漏，是指漏壶：刻，是指刻箭；箭，则是标有时间刻度的标尺。漏刻是以壶盛水，利用水均衡滴漏原理，观测壶中刻箭上显示的数据来计算时间。作为计时器，漏刻的使用比日晷更为普遍。在机械钟表传入中国之前，漏刻也是我国使用最普遍的一种计时器。简单的说，漏刻计时的原理是通过水慢慢地从小孔漏出，利用容器内水面的升降来计算时间。
最早的漏刻是简单的单只泄水型漏壶。它就是一只壶，在靠近底部的一侧有一个出水孔。将刻箭置于壶中，随着水面的下降，刻箭缓缓下沉从而显示时间的变化。因此这种漏刻也称为“沉箭漏”，最初是陶制的，以后逐渐用铜制作。目前我国尚未发现秦朝以前的漏刻实物，但从文献来看，先秦时期漏刻已广泛使用。先秦漏刻大都与军事活动有关，军事调度需要有统一的时间，这无疑会促进漏刻的发展。用于军事上的漏刻必须便于携带，故其尺寸不会很大。最常用的漏刻就是“一刻之漏”，即每漏完一壶水的时间为一刻(古刻，一昼夜为刻，一古刻合今14.4分钟。现代的一刻等于15分钟，一昼夜为96刻)。如果要计量较长的时间，可以再灌满漏壶，重复下去。
沉箭漏受环境温湿度、大气压力的因素影响较大，是漏刻发展的初级阶段。之后，漏刻发展史上的里程碑——“浮箭漏”出现了。浮箭漏是由两只漏壶组成，～只是播水壶(亦称供水壶或泄水壶)，另一只是受水壶。受水壶内装有指示时刻的箭尺，故通常称为“箭壶”。箭壶承接由播水壶流下的水，随着壶内水位的上升，安在箭舟上的箭尺随之上浮，所以称作浮箭漏。由于箭尺不直接放在播水壶中，故可以采取措施来保持播水壶内水位的稳定，从而保证流量的稳定，提高计时精度。此后沿着稳定水位、提高精度这一思路，又逐渐发展出了使用数只补给水壶的“多级漏壶”。
所谓多级漏壶就是用两个以上漏壶，自上而下放置，使最上面一个壶中的水流入第二壶，再由第二壶流入第三壶，以此类推，逐一补给直至最后一壶(泄水壶)流入箭壶。箭壶中的水连同浮舟慢慢升起。由于得到上面几级漏壶的补给，最后一级壶中的水位可大体保持稳定不变，从而大大提高了计时精度。从这以后，经过历代的研究、改良，浮箭漏成为我国古代漏刻的主流。
机械钟
机械钟表的发明和应用是一个相对漫长的过程，伴随着人类社会科学技术的发展和人们对自然认识的提高。简而言之，机械钟是以弹簧（弹簧）变形恢复所释放的能量或下落重物的重力为能量，以机械振动系统为时间基准来测量时间和周期的机械机构。
在现代欧洲，随着古典物理学的发展，人们发现物体的机械振动有一个固定的周期。时间是通过测量和计算物体的机械振动固有周期来测量的，这就是机械时钟计时的原理。伽利略发现钟摆的等时性后，建议研制利用单摆作为核心守时装置的计时器，这一提议在惠更斯手中得到实现。就这样，惠更斯钟摆诞生于年，由重锤驱动，以单摆为基础。这也是人类历史上第一个钟摆钟。
此后，随着科学技术的进步，特别是制造水平的提高，机械钟的动力装置、传动系统和计时机构不断优化和创新。年，瑞士一位名叫Zanasanu的钟表制造商经过精心设计，制作了一款小型机械表，并在表的两侧设计了针孔，以适合皮革或金属表带，从而将手表固定在手腕上——手表诞生了。手表是人类发明的最小、最强、最精确的机器之一。
机械钟最早于公元年传入中国，意大利传教士利玛窦（MatteoRicci）将自钟（机械钟）奉为明朝万历皇帝的贡品，揭开了中国人使用机械钟的序幕。清康熙年间，中国成为世界上最大的钟表进口国。来自西方的珐琅钟、玩具钟和各种打簧表涌入中国。康熙皇帝本人对西方钟表也有浓厚的兴趣。为此，他特地下令在英国内政部制造局设立钟表制造办公室。中国第一次设立了钟表制造办公室，开始生产自己的机械钟。19世纪末，中国钟表制造技术达到了一个新的水平。年，上海美利华作坊生产的南京钟，是一种镀金面、刻有花纹的丝网钟。它以造型简洁典雅、民族风格鲜明、计时明快、行程时间准确而闻名于海内外。年获巴拿马国际博览会特别奖。
年初，在中国著名的港口城市天津，原天津华北钟表厂组建了一支队伍，试图自己制作手表。年3月24日下午5时45分，经过三个多月的研发，两块15颗钻石手表成功制造组装。在多块手表中，除了发条、弹簧、等配件外，大部分手表都是由工厂师傅用智能的手加工而成。从那一刻起，中国人只能修表不能造表的历史就结束了，中国造表的滴答声也从未停止过。
计时工具的演变是人类社会科学技术发展的一个缩影。直到今天，人们还可以测量原子的周期来计时。但是任何先进的计时工具都只是记录时间的流逝，所以年轻的朋友没有时间等待，让我们珍惜时间，珍惜我们度过的每一天。