Başlangıçta saniye, bir saatin ikinci dakikası (yani küçük) bölümü anlamına gelen "ikinci dakika" olarak bilinirdi. İlk bölüm "asal dakika" olarak bilinirdi ve bugün bildiğimiz dakikaya eşdeğerdir. Üçüncü ve dördüncü dakikalar bazen hesaplamalarda kullanılmıştır.
60 faktörü, seksajimal (taban-60) sayı sistemi kullanan Babillilerden gelmektedir. Ancak Babilliler zaman birimlerini cinsiyete göre alt bölümlere ayırmamışlardır (gün hariç). Saat, eski Mısırlılar tarafından ya gündüzün 1/12'si ya da gecenin 1/12'si olarak tanımlanmıştı, dolayısıyla her ikisi de mevsimlere göre değişiyordu. Yunan astronomlar, örneğin Hipparchus ve Ptolemy, saati ortalama bir güneş gününün 1/24'ü olarak tanımlamışlardır. Bu ortalama güneş saatinin cinsiyete göre alt bölümlere ayrılması, saniyeyi ortalama bir güneş gününün 1/86.400'ü yapmıştır. []
Yunan zaman periyotları, örneğin ortalama sinodik ay, genellikle oldukça kesin bir şekilde belirlenmiştir çünkü bunlar yüzlerce yıl arayla dikkatlice seçilmiş tutulmalardan hesaplanmıştır - bireysel ortalama sinodik aylar ve benzer zaman periyotları ölçülemez. Bununla birlikte, ortalama zamanı tutan sarkaçlı saatlerin geliştirilmesiyle (güneş saatlerinin gösterdiği görünür zamanın aksine), saniye ölçülebilir hale gelmiştir. Saniye sarkacı, Londra Kraliyet Cemiyeti tarafından 1660 gibi erken bir tarihte bir uzunluk birimi olarak önerilmiştir. Dünya yüzeyinde bir metre uzunluğundaki bir sarkacın bir vuruşunun veya yarım periyodunun (bir salınım, ileri geri değil) süresi yaklaşık bir saniyedir.
1956'da saniye, belirli bir dönem için Dünya'nın Güneş etrafındaki dönüş süresi olarak tanımlandı, çünkü o zamana kadar Dünya'nın kendi ekseni etrafındaki dönüşünün bir zaman standardı olarak yeterince tekdüze olmadığı anlaşılmıştı. Dünya'nın hareketi, 1750 ile 1892 yılları arasında yapılan astronomik gözlemlere dayanarak 1900 yılında Güneş'in hareketi için bir formül sağlayan Newcomb'un Güneş Tabloları'nda tanımlanmıştır. Bu şekilde tanımlanan saniye
12 saatlik efemeris zamanında 1900 Ocak 0 için tropikal yılın 1/31,556,925.9747 kesri.
Bu tanım 1960 yılında On Birinci Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı tarafından onaylanmıştır. Tanımdaki tropikal yıl ölçülmemiş, ancak zaman içinde doğrusal olarak azalan bir tropikal yılı tanımlayan bir formülden hesaplanmıştır, dolayısıyla belirli bir anlık tropikal yıla yapılan ilginç referans. Bu saniye yirminci yüzyılın büyük bölümünde Güneş ve Ay efemeridlerinde kullanılan bağımsız zaman değişkeni olduğu için (Newcomb'un Güneş Tabloları 1900'den 1983'e kadar, Brown'un Ay Tabloları ise 1920'den 1983'e kadar kullanılmıştır) efemeris saniyesi olarak adlandırılmıştır.
Atomik saatler yapıldığında, Dünya'nın Güneş etrafındaki dönüşü yerine saniyenin tanımının temeli haline geldiler.
Ulusal Fizik Laboratuvarı'ndan (Teddington, İngiltere) Louis Essen ve Birleşik Devletler Deniz Gözlemevi'nden (USNO) William Markowitz, birkaç yıl süren çalışmaların ardından sezyum atomunun hiper ince geçiş frekansı ile efemeris saniyesi arasındaki ilişkiyi belirledi. WWV radyo istasyonundan alınan sinyallere dayanan bir ortak görüş ölçüm yöntemi kullanarak, Ay'ın Dünya etrafındaki yörünge hareketini belirlediler ve buradan Güneş'in görünür hareketini bir atomik saat tarafından ölçülen zaman cinsinden çıkarabildiler. Sonuç olarak, 1967 yılında On Üçüncü Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı, Uluslararası Birimler Sisteminde (SI) atomik zamanın saniyesini şu şekilde tanımladı
Sezyum-133 atomunun temel durumunun iki hiper ince seviyesi arasındaki geçişe karşılık gelen radyasyonun 9.192.631.770 periyodunun süresi.
Temel durum sıfır manyetik alanda tanımlanır. Bu şekilde tanımlanan saniye, efemeris saniyesine eşdeğerdir.
İkincisinin tanımı daha sonra BIPM'in 1997 toplantısında şu ifadeyi içerecek şekilde geliştirilmiştir
Bu tanım, 0 K sıcaklıkta hareketsiz duran bir sezyum atomunu ifade eder.
Gözden geçirilmiş tanım, ideal atomik saatin tek bir frekans yayan hareketsiz tek bir sezyum atomu içereceğini ima ediyor gibi görünmektedir. Ancak pratikte bu tanım, saniyenin yüksek hassasiyetle gerçekleştirilmesinin, atomik saatlerin çalıştığı ortam sıcaklığının (kara cisim radyasyonu) etkilerini telafi etmesi ve buna göre yukarıda tanımlanan saniye değerine ekstrapolasyon yapması gerektiği anlamına gelmektedir.
