En fait, bien qu'on en soit rarement conscient, un grand nombre d'applications utilise des bases de temps très précises. Certaines techniques n'auraient même pas pu voir le jour si nous ne pouvions déterminer le temps avec une aussi grande exactitude.
Les progrès en télécommunications, par exemple, sont indissociables des progrès de la mesure du temps et des fréquences. On peut être sceptique en associant l'idée de progrès au téléphone portable, mais il n'en demeure pas moins que l'oscillateur interne d'un tel appareil doit avoir des qualités suffisantes pour que son canal d'émission ``n'empiète'' pas sur les canaux voisins attribués à d'autres utilisateurs. De plus, de nombreuses communications, notamment par satellite, sont maintenant multiplexées : c'est à dire que sur une même ligne on fait transiter plusieurs conversations. L'opération consiste à ``comprimer'' un fragment de conversation durant, par exemple, une seconde, et à le transmettre dans la ligne pendant par exemple 10 ms. De l'autre côté de la ligne, il faudra ``décomprimer'' le signal et le transmettre à qui de droit. Il est clair que la synchronisation entre le poste d'émission et le poste de réception doit être très grande, sinon les conversations entre les différents interlocuteurs risquent de se mélanger !
Une deuxième application qui commence à devenir presque grand public concerne le positionnement et l'aide à la navigation. Les avions, les bateaux, et même des automobiles sont aujourd'hui équipés de récepteur GPS permettant en temps réel de connaître leur position avec une précision de l'ordre de la dizaine de mètres. Ceci ne serait pas possible si les satellites de la constellation GPS ne possédaient pas une horloge atomique à leur bord.
Enfin, la recherche fondamentale, et particulièrement l'astronomie, ont des besoins sans cesse grandissants dans le domaine de la mesure du temps et des fréquences. Les tests de la théorie de la relativité, par exemple, exigent des échelles de temps possédant une grande stabilité à long terme. La radio-astronomie VLBI (Very Long Base Interferometry), dont le principe consiste à faire interférer des signaux reçus par des radio-télescopes distants de plusieurs milliers de kilomètres de façon à avoir la résolution d'un radio-télescope dont le diamètre correspondrait à cette distance (on atteint couramment des résolutions de l'ordre du millième de seconde d'arc), nécessite de mesurer la phase de l'onde reçue avec une très grande précision (grâce à un maser à hydrogène) et une très bonne synchronisation des deux sites concernés. Enfin, citons l'application la plus exigeante vis à vis des échelles de temps : l'étude des pulsars millisecondes.