Die Quarzuhr ist ein Zeitmesser, bei der weder eine Hemmung, ein Pendel noch eine Unruh vorhanden ist. Die Taktgebung erfolgt mittels eines Quarzoszillators, dessen Frequenz von einem Schwingquarz vorgegeben wird (siehe auch Quarzoszillator).
Die Hauptbestandteile einer Quarzuhr bestehen aus: ein Taktgeber, welcher auf den Schwingungen eines Quarzes basiert; eine elektronische Einheit, welche zur Verarbeitung der Takte ausgelegt ist; elektronische Elemente, welche Benutzereingaben erlauben; eine Anzeige, auf der die Zeit- und sonstigen Informationen angezeigt werden.

Der wichtigste Teil einer Quarzuhr ist die Quarzstimmgabel, welche auf 32.768 Hz ausgelegt ist. Aus diesem Bereich lassen sich mittels einer Frequenzteilung die Impulse für die Sekunden herleiten.

Die Quarze werden in Stimmgabelform eingebaut. Quarz ist ein sehr hartes Mineral. Würde man einen Kristallblock von mehreren Millimetern Größe verwenden, so würde der Kristallblock zwar problemlos in das Uhrengehäuse passen, die Resonanzfrequenz wäre jedoch viel zu hoch im Megahertzbereich. Ist der Quarz in einer Stimmgabelform gefertigt, so lässt sich dieser leichter biegen. Dadurch verringert sich die Baugröße und die Resonanzfrequenz wird tiefer.

In den Anfängen der Quarzuhren wurden Röhren bzw. später Transistoren verwendet, um die Frequenz des Quarzoszillators auf den Sekundentakt einzustellen.
Die Schwingungen des Quarzes treiben über ein Schrittschaltwerk ein mechanisches Uhrwerk an oder dienen als Taktgeber für die elektronischen Komponenten.
Die Anzeige einer Quarzuhr kann sowohl per Ziffernblatt mit Zeigern erfolgen als auch über LCD oder Led dargestellt werden.

Quarzuhren benötigen eine Energiequelle. Dies kann eine Batterie sein, welche häufig bei Armbanduhren eingesetzt wird. Bei größeren Uhren werden diese meist an das Stromnetz angeschlossen. Auch Akkus oder Generatoren werden als Energiequelle verwendet.

Quarzuhren haben eine hohe Ganggenauigkeit. Die Abweichung liegt bei +/- 15 – 30 Sekunden pro Monat. Da sich die Abweichung im Laufe der Zeit addieren würde, so sollten auch Quarzuhren regelmäßig mit einer genauen Uhr abgeglichen und reguliert werden.

Die Genauigkeit einer Quarzuhr kann mittels verschiedener Dinge beeinflusst werden, wie z.B. eine konstante Temperatur. Auch die Anbindung bzw. Ausführung als Funkuhr erhöht die Genauigkeit enorm, da sie ständig ein Signal von der Atomuhr empfängt und somit immer der exakten Uhrzeit entspricht. Eine Synchronisation kann auch erfolgen, indem man (falls diese Option zu Verfügung steht) die Uhr via USB oder Bluetooth an den PC bzw. das Internet anschließt. Bei Anschluss an den PC übernimmt die Uhr die PC-Zeit, welche in den meisten Fällen durch das Internet (vorausgesetzt es ist ein Anschluss vorhanden) synchronisiert wird.

Wie auch bei den mechanischen Uhren sind auch bei den Quarzuhren den Funktionen keine Grenzen gesetzt. Es gibt auch Grande Complication Quarzuhren. Sei es ein sog. Ewiger Kalender, Stoppfunktion, Wetterdaten, Höhenmesser, usw. Quarzuhren sind genauso vielfältig wie ihre mechanischen Kollegen.

Die erste Quarzuhr wurde von Warren Alvin Marrison 1929 entwickelt. Sie war damals wesentlich genauer als mechanische Uhren, war jedoch sehr anfällig für jegliche Art von Temperaturschwankung.

Die beiden deutschen Physiker Scheibe und Adelsberger stellten 1932 die erste Quarzuhr in Deutschland her. Mit deren Hilfe fanden sie heraus, dass sich die Erde ungleichmäßig um ihre Achse dreht. Die Umdrehungsgeschwindigkeit hängt von den Jahreszeiten ab; im Frühjahr ist sie 30 Millisekunden länger, im Herbst um 30 Millisekunden kürzer. Die Quarzuhr ist im Geodätischen Institut in Potsdam aufgestellt.

1938 konstruiert der Brite Louis Essen den nach ihm benannten Essen-Ring. Essen verwendet anstatt von Kristallstäben einen ringförmigen Oszillator. Damit konnte die Präzision erheblich verbessert werden. Die Abweichung betrug nur noch 1 Sekunde in 3 Jahren.

Die erste Quarzuhr wurde 1938 von der Firma Rohde & Schwarz gebaut.
Das Royal Greenwich Observatorium in London, Großbritannien, verwendet in ihren Quarzuhren den Essen-Ring, welche die Grundlage der offiziellen Greenwich Mean Time werden (GMT).

Die Schweizer Firma ETA entwickelt 1962 die erste Quarzuhr, welche mit einer Batterie betrieben wurde. Der Name der Uhr (das Kaliber) lautete: Beta 21.
Auch die Japaner entdecken die Vorteile der Quarzuhren. Die Firma Seiko produziert 1969 die ersten Quarzarmbanduhren für den Massenmarkt. Mit diesem Schritt leitete Seiko die japanische Dominanz in Sachen Quarzuhren auf dem Uhrenmarkt ein. Die Batterie der Uhr „Astron“ reichte für über ein Jahr, was zu damaligen Zeiten einer Sensation glich.

1970 begann das elektronische Zeitalter. Der US-Amerikaner Hamilton baute die erste elektronische digitale Armbanduhr, welche auf Knopfdruck für einen kurzen Zeitraum die Zeit in roten Zahlen mittels LED (Leuchtdioden) anzeigte. Dieser Vorgang beanspruchte jedoch sehr viel Energie, so dass die Batterien der Uhr ständig gewechselt werden mussten.

1972 wurden erstmals Armbanduhren gebaut, welche energiesparende Flüssigkeitsanzeigen aufwiesen. Dieser sind bekannt als LCD. Bei der LCD-Anzeige wird die Zeit konstant schwarz auf grauem Untergrund angezeigt und ist bis heute die Standardanzeige bei den Digitaluhren.

Mitte der 1970er Jahre bekamen die ersten Digitaluhren Zusatzfunktionen, wie z.B. Taschenrechner, usw.

Das Unternehmen Omega baute 1980 die flachste Quarzuhr. Ihre Dicke bzw. Höhe betrug nur 1,46 mm.

Mitte der 1980er Jahre entwickelte das Unternehmen Junghans die erste Armbanduhr, welche über ein Funksignal verfügte.

Im Laufe der Jahre, vor allem in den 1990ern, war die Produktion von Quarzuhren stark rückläufig bzw. die renommierten Uhrenhersteller produzierten keine Quarzuhren mehr und es gab keine Weiterentwicklung mehr auf diesem Gebiet. Dieser Zeitraum ging als die sog. Quarzkrise in die Geschichte ein.

Erst im neuen Jahrtausend gab es eine Weiterentwicklung auf dem Markt der Quarzuhren. Die japanische Firma Seiko führt den sog. Spring Drive ein. Der Spring Drive ist ein federangetriebener und quarzgesteuerter Uhrenmechanismus.