Już w starożytności pojawiały się bardziej złożone konstrukcje. Tradycja przypisuje Platonowi zegar wodny z funkcją budzika, a Ktezybiosowi udoskonalenie klepsydr przez zastosowanie regulatorów przepływu i elementów automatyki. W XI wieku chińscy konstruktorzy budowali już zegary mechaniczne z mechanizmem wychwytowym, co stało się jednym z ważnych kroków ku późniejszej precyzyjnej chronometrii.
Przełomem w dziejach zegarów było rozwinięcie mechanizmów wychwytowych, a następnie zegarów wahadłowych. W czasach nowożytnych duże znaczenie uzyskały również chronometry morskie, pozwalające dokładniej wyznaczać długość geograficzną. W XX wieku zegary kwarcowe, a później atomowe, umożliwiły zastąpienie dawnych standardów astronomicznych znacznie stabilniejszymi wzorcami opartymi na własnościach atomów.
Szczególną rolę odegrały zegary słoneczne, które dzieliły dzień na mniejsze części na podstawie cienia rzucanego przez gnomon, oraz zegary wodne, używane także nocą. W świecie antycznym i średniowieczu wykorzystywano również świece, kadzidła, dzwony klasztorne i inne urządzenia pozwalające rytmizować modlitwę, pracę, żeglugę i obserwacje astronomiczne.