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지금은 지정된 조건하에서 세슘 원소의 원자에서 방출되는 복사선을 이용해 정의한다. 전에는 초를 평균 태양일, 즉 지구가 자전축을 중심으로 회전하는 데 걸리는 평균 시간의 1/86,400로 정의했다.

20세기 중엽에는 보다 정확한 시간 개념이 필요하게 됨에 따라 이 정의는 부적절하게 되었다. 1956년 국제도량형위원회가 초를 회귀년인 1900년의 길이의 1/31,556,925.9747로 다시 정의했고, 1960년 도량형총회에서 이 정의를 비준했다. 그러나 1900년은 지나가 버렸기 때문에 이 정의는 사용되지 않았다.

1964년 국제도량형위원회는 잠정적으로 초를 세슘-133(¹³³Cs) 원자가 바닥상태에 있을 때 이 바닥상태에 있는 2개의 초미세 에너지 준위간의 전이에서 방출되는 복사선의 91억 9,263만 1,770주기의 시간으로 정의했다. 1967년 세슘 원자의 성질을 이용한 이 정의는 국제 단위계에서 유일한 정의로 채택되었다(→ 역표시). 여기서 복사선의 반복주기의 수는 정의된 시간이 회귀년의 길이를 나누어서 정의한 천문학적으로 결정된 초와 가능한 한 가깝도록 하는 반복 주기의 수로 정했다.→ 원자시