Astronomlar zamanı Güneş’e göre değil de yıldızlara göre ölçmeyi daha uygun bulurlar. Dünya Güneş’in çevresinde dolandığından, yıldızlara göre ölçülen zaman (buna “yıldız zamanı” denir), güneş zamanından ve ortalama zamandan farklıdır. Dünya üzerindeki belirli bir noktadan gözlenmek koşuluyla, yıldızlann gökyüzünde bir kez dolanıp yeniden başlangıçtaki konumlanna geri dönmeleri için geçen zamana yıldız günü denir. Bir yıldız günü, ortalama güneş zamanıyla 23 saat 56 dakika 4 saniye uzunluğundadır; yani, yıldız günü ortalama güneş gününden biraz daha kısadır. Bu fark, Dünya’nın Güneş çevresindeki dolanım süresi olan bir yılda 24 saati bulur.
Bilimsel zaman birimi olan saniye, ortalama güneş gününün 1/86.400′ü olarak tanımlanagelmiştir. Ama bu tanım yeterince doğru değildir, çünkü Dünya’nın kendi ekseni çevresindeki dönme hızına dayanır; bu hız ise çok az da olsa değişim gösterir. (Aslında Dünya giderek yavaşlamaktadır.) Bugün saniye atom saati yardımıyla tanımlanmaktadır. Atomlar elektromagnetik ışınım soğurur ve salarlar; her tür atomun böyle bir ışıma için kendine özgü sabit bir frekansı vardır. Atom saati için seçilen atom, ender bulunan metallerden sezyumun bir izotopu olan sezyum-133′tür. Bu atomun saldığı elektromagnetik ışınım frekanslanndan biri, son derece yüksek frekanslı radyo dalgalan aralığındadır. Saniye bu ışınımın 9.192.631.770 salınım (titreşim) yapması için geçen zamanın uzunluğudur ve bu ışınım, kuvars kristalli bir osilatörle çalışan, bir saati ayarlamak için kullanılarak ölçülebilir.