NIST時鐘由1000個鐿原子（ytterbium atoms）組成，懸浮在激光束網格中。這些激光每秒“滴答”數万億次，並反過來讓這些原子像節拍器一樣在兩個能量級別上來回閃爍。通過對這些原子的測量可確保原子鐘時間的精準性，在某些情況下每3億年誤差1秒鐘。

但這種誤差仍有改善的空間。NIST通過為這些設備增加熱屏蔽和電屏蔽。通過對比兩個實驗性原子鐘，NIST科學家發現這些設備在系統不確定性（systematic uncertainty）、穩定性（stability）和可重複性（reproducibility）三個指標中達到新的記錄。

系統不確定性指的是時鐘的刻度與其內部原子的自然振動的匹配程度。根據團隊的說法，原子鐘在一個五分之一的誤差範圍內是正確的（10的18次方）。穩定性衡量時鐘嘀嗒聲隨時間變化的程度。在這種情況下，NIST時鐘在一天中在1019（10的19次方）中穩定在3.2個部分內。最後，通過比較兩個原子鐘保持同步的程度來衡量可重複性。檢查兩個時鐘10次，團隊發現他們的滴答頻率差異在幾分之內。

精準度的新高度，意味著原子鐘可以幫助我們比以往更精確地測量重力。由於目前已知的重力會扭曲時間的流逝（在太空中的原子鐘速度要比地面慢），因此全新的原子鐘可以通過測量時間來反向測量重力。

此外更精準的原子鐘還能幫助測量地球的引力形狀，精確到1厘米範圍以內，比當前最好技術精確數倍。原子鐘還可以幫助探測引力波，引力波是由宇宙大災變引起的時空結構中的漣漪。它們甚至可以幫助尋找暗物質，而暗物質迄今僅通過其引力相互作用而聞名。