La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133 au repos à une température de 0 kelvin. (13e CGPM (1967-1968), Résolution 1, CR 103)

Elle a été définie selon les possibilités techniques de chaque époque :

• Elle a d'abord été définie comme une fraction du jour solaire terrestre moyen (1/86 400). L'échelle de temps associée est le temps universel TU.
• En 1960, pour tenir compte des imperfections de la rotation de la terre, elle a été basée sur la révolution de la Terre autour du Soleil. C'est la seconde du temps des éphémérides TE.

La stabilité et l'exactitude de l'échelle dite du Temps Atomique International (TAI) obtenue principalement à partir d'horloges atomiques à jet de césium sont environ 100 000 fois supérieures à celles du temps des éphémérides.

La seconde est d'ailleurs l'unité du SI la plus précisemment connue.

De nombreuses expériences en cours sur des transitions atomiques à des fréquences optiques, beaucoup plus élevées que les 9 GHz de la définition actuelle de la seconde, indiquent clairement que les performances obtenues avec l'atome de césium sont ou seront dépassées de plusieurs ordres de grandeur dans un avenir proche. Il faut s'attendre à ce qu'une nouvelle définition de la seconde voie le jour dans la décennie 2010-2020, dès que le meilleur des différents atomes candidats (calcium, ytterbium, strontium, mercure...) aura été désigné par l'expérience.