Une horloge dans laquelle les intervalles de temps sont déterminés par référence à la fréquence émise ou absorbée par la rotation des molécules. La première horloge de ce genre était l'horloge de l'ammoniac, à l'aide de molécules d'ammoniac gazeux pour fournir la fréquence fondamentale. Ondes générées dans un circuit attaché ont été introduites dans le gaz et la fréquence du circuit ajustée jusqu'à ce que les compteurs ont montré une absorption maximale des vagues par le gaz, c'était la fréquence souhaitée de la résonance. Plus développé récemment horloge utilise méthane dans le gaz mais les principes de base sont les mêmes. Horloges moléculaires sont souvent appelés des horloges atomiques, mais cet usage est erroné. Ils sont aussi appelés masers si leur production principale est la fréquence, pas le temps.