国家标准与技术研究院时间与频率部门的物理学家兼主管唐纳德·B·沙利文解释道。
铯秒于 1967 年被定义时，它是基于对特定铯-133 跃迁辐射周期数的测量，并参考当时民用计时中常用的秒，而当时的秒是基于天文观测。目的是提高计时的稳定性，且这种改进对于普通大众来说是不可见的。重新定义秒的决定最终由国际计量委员会做出，该组织致力于标准化和协调测量。在 1967 年举行的第 13 届正式会议上，委员会通过了以下定义：“秒是铯-133 原子基态的两个超精细能级之间跃迁的辐射的 9,192,631,770 个周期的持续时间。”
在做出这一决定时，委员会主要依赖于 1958 年首次报告的一项测量结果，该结果将铯跃迁频率与历书时秒进行了比较，历书时秒是由地球绕太阳的轨道运动定义的。英国国家物理实验室 (NPL) 和美国海军天文台 (USNO) 之间的合作促成了这项测量。NPL 的路易斯·埃森刚刚开发出世界上第一台可靠的铯束原子钟，而 USNO 的威廉·马科维茨开发了一种月球位置照相机，该照相机提供了一种轻松获取历书时的方法，这在以前是非常困难的。
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在此测量之前的多年里，人们已经认识到地球的运动对于高精度计时来说不够可预测，并且正在研究基于原子钟的替代方案。哈罗德·里昂斯及其在美国国家标准局 (NBS)（现已更名为国家标准与技术研究院 (NIST)）的合作者在 1952 年对铯频率相对于地球时间的精度进行了首次准确评估。用于此测量的铯束标准只能运行很短的时间，因此里昂斯测量的误差太大，无法作为新定义的基础。
NPL 拥有开发出第一台可操作的铯束原子钟的殊荣。埃森在 1953 年获得了他的时钟项目的资助，并在两年内拥有了一个非常可靠的版本。在埃森和马科维茨之间的合作中，天文秒和原子（铯）秒的相对持续时间在 2.75 年的平均时间内进行了测量，最终确定铯频率为 9,192,631,770 ± 20 赫兹。国际公认的秒定义使用了这项测量产生的确切数字。有趣的是，跨大西洋的计时比较是使用一种方法进行的，该方法基于同时接收 NBS 无线电台 WWV 广播的短波时间信号，该电台当时位于美国东海岸。
托尼·琼斯所著的《分裂秒：原子时间的故事》（物理研究所，2000 年）一书详细介绍了这些测量的故事。关于铯频率测量的报告发表在《物理评论快报》第 1 卷，第 105 页，1958 年。