En sus primeras observaciones el hombre notó que la sombra variaba de acuerdo con la posición del sol. Así nació el gnomon, que consistía en un bastón incrustado en el suelo perpendicularmente, y en tierra se señalaban surcos que indicaban los distintos momentos del día. La sombra del bastón era la que señalaba los diferentes horarios. Pronto el bastón del gnomon fue transformándose en grandes obeliscos. Pero tenían grandes imprecisiones.
Según Heródoto, en Grecia el gnomon fue introducido por Anaximandro. Uno de los más antiguos gnomones de que se tienen datos, se usó en Egipto en 1500 antes de Jesucristo. Según la Biblia, el Rey Achaz hizo construir un cuadrante solar en Jerusalem en el siglo VIII antes de Cristo.
A los gnomones le siguieron los meridianos. Pero recién cuando se tuvieron en cuenta el eje de rotación de la tierra y otros datos científicos y astronómicos calculados con precisión, se construyó el cuadrante solar que mejoró al precario gnomon. Dicho cuadrante solar estaba formado por un estilo y una base esférica sobre la que se marcaban líneas horarias que señalaban los distintos momentos del día. Se lo ubicaba de determinada manera para que señalara la sombra en forma idéntica la misma hora en cualquier día del año. La medición del cuadrante solar hizo que se lo considerado un instrumento de mayor precisión. De éste surgieron el cuadrante ecuatorial y luego el cuadrante universal, que era portátil y utilizable en cualquier lugar, que acompañado de las señales de una brújula, fue un instrumento útil para los navegantes.
Los cuadrantes solares aparecieron en Grecia hacia el siglo V antes de Cristo, mientras que los romanos lo usaron alrededor del siglo II a C.
Para las mediciones nocturnas del tiempo, aparecieron cuadrantes estelares y lunares. (Pero funcionaban solamente cuando había cielo despejado y sereno).
Por eso se hacía necesario medir el tiempo como transcurso y no como visual. Así aparecieron los relojes de cera, velas de duración prevista. A medida que se iba consumiendo la vela (marcada) señalaba un determinado período de tiempo. Se usó en la Edad Media, especialmente en oficios religiosos. En 1206 de utilizó una candela que contenía bolitas de metal, que caían a medida que la cera se iba derritiendo.
También fue utilizada desde la antigüedad la clepsidra, inventada probablemente por los Caldeos, es un reloj de agua que hacía salir el agua contenida en un recipiente a través de un orificio.A este instrumento lo utilizó Herófilo de Alejandría para medir las pulsaciones del cuerpo humano. Galileo usó una clepsidra de mercurio para medir la caída de los cuerpos. Hubo curiosas clepsidras construídas con adornos y anexos, como una enviada por el califa Harún Al-Raschid a Carlomagno. Era de cobre con incrustaciones en oro. Señalaba la hora sobre un cuadrante y dejaba caer en ese instante la cantidad correspondiente de bolitas de metal sobre una bandejita, y producían los sonidos en número correspondiente; y se abrían unas puertitas de donde salían la cantidad de caballeros armados (de acuerdo con la «hora» señalada) que hacían varios movimientos.
Los relojes de arena no se diferenciaron demasiado de las clepsidras, salvo en la utilización de arena como elemento a deslizarse. El origen de estos es incierto pero la primera evidencia concreta sobre la existencia de los relojes de arena se puede encontrar en una pintura de Ambrogio Lorenzetti que data del año 1328.
