Do lat 90. XX wieku zegary atomowe z wiązką cezu były najdokładniejszymi urządzeniami do pomiaru czasu i częstotliwości. Działanie zegara cezowego opiera się na zasadzie, że wszystkie atomy cezu-133 są identyczne i emitują promieniowanie o tej samej częstotliwości, gdy pochłaniają lub uwalniają energię, co czyni je idealnymi do precyzyjnego odmierzania czasu. Od tamtej pory laboratoria na całym świecie nieustannie doskonalą dokładność zegarów atomowych z fontanną cezową.
Nazwa tych zegarów pochodzi od ruchu gazu cezowego, który przypomina fontannę. Proces pomiaru czasu zaczyna się od wprowadzenia gazu cezowego do próżniowej komory, gdzie sześć laserów podczerwonych schładza i zagęszcza atomy cezu do temperatury bliskiej zeru absolutnemu. Następnie dwa lasery pionowe unoszą atomy na wysokość około metra, tworząc "fontannę", która przechodzi przez wnękę wypełnioną mikrofalami.
Częstotliwość tych mikrofal jest dostrajana, aby osiągnąć maksymalną fluorescencję przy naturalnej częstotliwości rezonansowej atomu cezu (9 192 631 770 Hz). Ponieważ czas przejścia przez wnękę mikrofalową wynosi około sekundy, precyzyjne dostrojenie częstotliwości mikrofal pozwala na jeszcze dokładniejsze odmierzanie czasu. Obecnie przewiduje się, że najlepsze zegary atomowe z fontanną cezową mogą spóźniać się o mniej niż sekundę przez ponad 50 milionów lat.
