In der Metrologie nimmt die SI-Basiseinheit „Sekunde“ unter den Einheiten eine Sonderstellung ein: Sie ist die mit Abstand am genauesten realisierte SI-Einheit. Daher werden einige andere Basiseinheiten mit Bezug auf die Sekunde definiert oder realisiert. So ist seit 1983 das Meter eine abgeleitete Einheit, definiert als die Strecke, die Licht im Vakuum in 1/ 299 792 458 Sekunden zurücklegt. Die Realisierung des Volt, der Einheit der elektrischen Spannung, nutzt den Josephson-Effekt aus, der das Volt über das Verhältnis zweier Naturkonstanten, h/(2e) (e: Elementarladung, h: Planck-Konstante) mit einer Frequenz verknüpft. Zeit- und Frequenzmessung spielen bei der Beantwortung fundamentaler Fragen der Physik eine Rolle. Als Beispiel aus der Vergangenheit sei die Entwicklung der Quantenmechanik genannt: Sie schritt voran mit den Erfolgen der Theorie bei der Erklärung atomarer Spektren. Die experimentellen Daten waren meist das Ergebnis von Frequenz- bzw. Wellenlängenmessungen. Quantitative Tests der Allgemeinen und Speziellen Relativitätstheorie beruhen auf Zeit- und Frequenzvergleichen. Der früheste – wenn auch nur indirekte - Nachweis der Abstrahlung von Gravitationswellen in einem rotieren Doppelsternsystem wurde durch die Analyse der Ankunftszeit von Pulsar-Signalen auf der Erde mit Bezug auf Atomzeitskalen erbracht. Die Verfügbarkeit genauerer Uhren und besserer Vergleichsmöglichkeiten von Uhren werden auch in der Zukunft viele Forschungsrichtungen befruchten. Die PTB will hier weiter mit wesentlichen Beiträgen Hilfestellung geben.