Die Moleküluhr wurde 1953 entwickelt und ist der Vorläufer der heutigen Atomuhr. Die Funktion der Moleküluhr sieht wie folgt aus:
Moleküle absorbieren elektromagnetische Schwingungen. Dabei entstehen stabile Frequenzen, welche die Zeitanzeige der Uhr bestimmen. Die Frequenz der Schwingungen von Molekülen beträgt 23.870.129.000 Perioden pro Sekunde. Mittels eines Hochfrequenzgenerators sowie eines Frequenzteilers werden die elektromagnetischen Schwingungen in einem mit Ammoniakgas gefüllten Hohlleiter für die Anzeige der Zeit geändert. Da dieses Modell jedoch noch einige Fehlerquellen aufwies, wurden im Laufe der Jahre noch weitere Forschungen durchgeführt, was zu der uns bekannten Atomuhr führte.