Die Forschungs- und Entwicklungsaufgaben des Themenbereichs Zeit und Frequenz leiten sich hauptsächlich aus dem Einheiten- und Zeitgesetz (EinhZeitG) ab:

1. Darstellung der Zeiteinheit und deren Verbreitung innerhalb und außerhalb der PTB: Betrieb der primären Fontänenuhren CSF1 und CSF2, der primären Atomstrahluhren CS1 und CS2 und einer Gruppe kommerzieller Atomfrequenznormale
2. Realisierung der Atomzeitskala UTC(PTB)
3. Weitergabe der Zeiteinheit und der gesetzlichen Zeit über den Langwellensender DCF77, einen Telefonmodemdienst sowie das Internet
4. Internationale Satellitenzeitvergleiche mit Vergleichsunsicherheiten von besser als 10^–15/Tag, Mitarbeit an der Realisierung des Zeitsystems des europäischen Global Navigation Satellite Systems (GNSS) Galileo
5. Entwicklung optischer Uhren auf der Basis eines lasergekühlten gespeicherten Ytterbiumions (¹⁷¹Yb⁺) und eines Aluminiumions (²⁷Al⁺), ultrakalter neutraler Strontiumatome (⁸⁷Sr-Gitteruhr) und auf der Basis eines optischen Kernübergangs in ²²⁹Th im Hinblick auf eine zukünftige Neudefinition der Zeiteinheit
6. Entwicklung von Methoden zur optischen Frequenzübertragung mittels Glasfasern und zum Vergleich weit entfernter optischer Uhren.