Awalnya, detik dikenal sebagai "menit kedua", yang berarti menit kedua (yaitu kecil) pembagian satu jam. Pembagian pertama dikenal sebagai "menit utama" dan setara dengan menit yang kita kenal sekarang. Menit ketiga dan keempat kadang-kadang digunakan dalam perhitungan.
Faktor 60 berasal dari bangsa Babilonia yang menggunakan sistem angka sexagesimal (basis-60). Namun demikian, bangsa Babilonia tidak membagi satuan waktu mereka secara seksagesimal (kecuali untuk hari). Jam telah didefinisikan oleh orang Mesir kuno sebagai 1/12 siang hari atau 1/12 malam hari, sehingga keduanya bervariasi sesuai musim. Astronom Yunani, misalnya Hipparchus dan Ptolemy, mendefinisikan jam sebagai 1/24 dari hari matahari rata-rata. Pembagian secara seksagesimal jam matahari rata-rata ini membuat 1/86.400 detik dari hari matahari rata-rata. []
Periode waktu Yunani, misalnya bulan sinodik rata-rata, biasanya ditentukan dengan cukup tepat karena dihitung dari gerhana yang dipilih dengan cermat yang dipisahkan oleh ratusan tahun-bulan sinodik rata-rata individu dan periode waktu yang serupa tidak dapat diukur. Namun demikian, dengan perkembangan jam pendulum yang menjaga waktu rata-rata (berlawanan dengan waktu semu yang ditampilkan oleh jam matahari), detik menjadi terukur. Pendulum detik diusulkan sebagai satuan panjang pada awal tahun 1660 oleh Royal Society of London. Durasi satu ketukan atau setengah periode (satu ayunan, tidak bolak-balik) dari sebuah bandul sepanjang satu meter di permukaan bumi adalah sekitar satu detik.
Pada tahun 1956, yang kedua didefinisikan dalam istilah periode revolusi Bumi mengelilingi Matahari untuk zaman tertentu, karena pada saat itu telah diakui bahwa rotasi Bumi pada porosnya sendiri tidak cukup seragam sebagai standar waktu. Gerak Bumi dijelaskan dalam Newcomb's Tables of the Sun, yang memberikan formula untuk gerak Matahari pada zaman 1900 berdasarkan pengamatan astronomi yang dibuat antara tahun 1750 dan 1892. Yang kedua didefinisikan adalah
pecahan 1/31.556.925,9747 dari tahun tropis untuk tahun 1900 Januari 0 pada waktu ephemeris 12 jam.
Definisi ini diratifikasi oleh Konferensi Umum Kesebelas tentang Berat dan Ukuran pada tahun 1960. Tahun tropis dalam definisi tersebut tidak diukur, tetapi dihitung dari rumus yang menggambarkan tahun tropis yang menurun secara linier dari waktu ke waktu, oleh karena itu referensi aneh untuk tahun tropis sesaat tertentu. Karena detik ini adalah variabel independen waktu yang digunakan dalam ephemerides Matahari dan Bulan selama sebagian besar abad kedua puluh (Tabel Matahari Newcomb digunakan dari tahun 1900 hingga 1983, dan Tabel Bulan Brown digunakan dari tahun 1920 hingga 1983), itu disebut ephemeris kedua.
Ketika jam atom dibuat, mereka menjadi dasar definisi detik, bukan revolusi Bumi mengelilingi Matahari.
Setelah beberapa tahun bekerja, Louis Essen dari National Physical Laboratory (Teddington, Inggris) dan William Markowitz dari United States Naval Observatory (USNO) menentukan hubungan antara frekuensi transisi hyperfine atom caesium dan detik ephemeris. Dengan menggunakan metode pengukuran common-view berdasarkan sinyal yang diterima dari stasiun radio WWV, mereka menentukan gerak orbit Bulan tentang Bumi, dari mana gerak semu Matahari dapat disimpulkan, dalam hal waktu yang diukur oleh jam atom. Akibatnya, pada tahun 1967 Konferensi Umum Ketigabelas tentang Berat dan Ukuran mendefinisikan detik waktu atom dalam Sistem Satuan Internasional (SI) sebagai
durasi 9.192.631.770 periode radiasi yang sesuai dengan transisi antara dua tingkat hyperfine dari keadaan dasar atom caesium-133.
Keadaan dasar didefinisikan pada medan magnet nol. Detik yang didefinisikan dengan demikian setara dengan detik ephemeris.
Definisi yang kedua kemudian disempurnakan pada pertemuan BIPM tahun 1997 untuk memasukkan pernyataan
Definisi ini mengacu pada atom caesium yang diam pada suhu 0 K.
Definisi yang direvisi tampaknya akan menyiratkan bahwa jam atom yang ideal akan berisi atom caesium tunggal saat istirahat yang memancarkan frekuensi tunggal. Dalam praktiknya, bagaimanapun, definisi tersebut berarti bahwa realisasi presisi tinggi dari detik harus mengkompensasi efek suhu sekitar (radiasi benda hitam) di mana jam atom beroperasi dan mengekstrapolasi sesuai dengan nilai detik seperti yang didefinisikan di atas.
