Промежуток времени измерялся количеством воды, вытекшей капля за каплей из малого отверстия, сделанного на дне сосуда. Таковы были водяные часы египтян, вавилонян, древних греков. У китайцев, индусов и некоторых других народов Азии, наоборот, — пустой полушаровый сосуд плавал в большом бассейне и мало-помалу наполнялся водой через малое отверстие (героиня поэмы бросает жемчужину в чашу, чтобы замедлить движение воды). Часы первого типа подверглись значительным усовершенствованиям. Платон описывает механизм из двух конусов, входящих один в другой; при помощи их поддерживался приблизительно постоянный уровень воды в сосуде, и тем регулировалась скорость её вытекания. Полного развития подобные механизмы, т.н. клепсидры, получили в Александрии в III в. до н.э. Особенно знамениты клепсидры Ктезибия, учителя Герона. Устройство клепсидр, установленных в храме Арсиноэ, состояло в следующем.
Клепсидра (водяные часы): а — внешний вид; б — разрез; 1 — трубка подачи воды из постороннего источника; 2 — фигура, из глаз которой вода капля за каплей равномерно поступает по трубке 3 в резервуар 4; 5 — пробка с укреплённой на ней фигурой 6, показывающей палочкой время на цилиндрическом циферблате 7; 8 — трубка сифона, по которой в конце суток вода вытекает из наполненного резервуара 4, поворачивая цилиндр 7 вокруг вертикальной оси на 1/365 часть окружности. При накоплении воды (см. рис.) в камере поплавок 5 с находящейся на нём фигурой 6, подымался и указывал час на колонне. Вода капала из глаз другой фигуры (2). По прошествии суток вода при помощи сифонного устройства 8 вытекала вон и вращала зубчатое колесо 7, а с ним и всю колонну. Полный оборот колонны происходил в год. Кривые «часовые» линии, начерченные на колонне были рассчитаны так, чтобы равномерное поднятие поплавка согласовалось с неравными дневными и ночными часами в различные времена года.
У греков и римлян были в большом ходу водяные часы самого простого устройства, так, например, ими определялась длина речей ораторов в суде. Первые водяные часы устроил в Риме Сципион Назика (157 г. до н.э.). Водяные часы Помпея славились украшениями из золота и каменьев. В VI в. н.э. славились ещё механизмы Боэтия, которые он устраивал для Теодориха. Затем, по-видимому, это искусство упало, так как папа Павел I послал Пипину Короткому водяные часы, как крайнюю редкость. Гарун-аль-Рашид прислал Карлу Великому в Ахен (809) водяные часы весьма сложного устройства (металлические шарики, выпадая, били часы). По-видимому, некий монах Расificus в IX веке начал подражать искусству арабов. В конце ? в. прославился своими механизмами, тоже отчасти заимствованными от арабов, Герберт (папа Сильвестр II).
В средние века получили распространение водяные часы особого устройства, описанные в трактате монаха Александра. Барабан, разделённый стенками на несколько радиальных продольных камер, подвешивался за ось так, что он мог опускаться, развёртывая намотанные на ось верёвки, т.е. вращаясь. Вода в боковой камере давила в противоположную сторону и, переливаясь постепенно из одной камеры в другую через малые отверстия в стенках, замедляла разматывание верёвок настолько, что время измерялось этим разматыванием, т.е. опусканием барабана. Знамениты были ещё водяные часы Оронтия Финея и Кирхера, основанные на принципе сифона. Многие математики, в том числе в позднейшее время Галилей, Вариньон, Бернулли, решали задачу: «какова должна быть форма сосуда, чтобы вода вытекала вполне равномерно».
Чем лучше всего можно измерять время?
Кратко сформулировать актуальное определение секунды можно как 9.192.631.770-кратное колебание атома цезия. Однако, до того времени, когда время стали измерять атомами, люди изобрели и разработали множество других путей.
Помимо движения Солнца, Луны и звезд, некоторые мыслители и изобретатели во многих культурах использовали и земные возможности. Так, на основе археологических находок можно предположить, что первые водные часы были изготовлены египтянами.Египтяне сравнительно просто измеряли время в каплях воды, падающих из отверстия сосуда. У этого способа было то решающее преимущество, что таким образом можно было измерять время независимо от дня и ночи, а также облаков, которые могли бы загораживать вид.
Однако этот метод египтян был не настолько созревшим, чтобы найти широкое применение. Водные часы, которые также назывались клепсидрами, пользовались большим успехом лишь среди более поздних культур, представляя собой уже технически усложненные экземпляры. В 4-ом веке до нашей эры, во времена Александра Македонского, на водные часы возник – пользуясь лексикой нашего времени – настоящий „ажиотаж“.
Ученик Архимеда по имени Ктесибий, используя свои знания механики и гидравлики, во 2-ом веке до нашей эры сконструировал водные часы, у которых были даже циферблат и одна стрелка. Равномерная струя воды текла в сосуд, в котором поднималась фигурка с палочкой в руке. Палочка направлялась на циферблат, на котором можно было считывать время. Чем выше поднималась фигурка, тем позднее становилось время. Эти водные часы Ктесибия общей высотой в 3 метра в отличие от изобретений конкурентов были намного точнее и являлись первыми механическими часами в истории измерения времени.
В некоторых других культурах использовались кроме этого и независимые методы измерения времени. Вавилонцы, например, разделяли год на 360 дней, опираясь на магическое деление круга. Что по числу дней почти соответствует нашей актуальной системе, хотя и имеет другую основу. Индусы учитывали моментальные временные атомы. Хотя атомы и сегодня играют определенную роль, однако время как таковое в них не измеряется. В то время как некоторые культуры при измерении времени отошли от наблюдения за небесными телами, германцы еще долго ориентировались на движение Солнца и Луны. В Китае астрономическое летоисчисление началось в год ноль. В то же самое время в Риме вошли в моду переносные солнечные часы. Однако, вклад римлян в изобретение часов был весьма скромным. Во время войны в 3-ем веке д.н.э. римляне похитили большие ценные солнечные часы и установили их перед храмом в Риме. Через 100 с лишним лет они заметили, что все это время часы шли неправильно: поскольку их родной город находился на другой географической широте и угол падения солнечного света по отношению к часам там был другой. Так что кража себя не оправдывает.