ה-fenjaan הורכב מסיר גדול מלא במים וקערה דקיקה עם חור קטן במרכז תחתיתה, שהושמה לצוף בסיר. הקערה הייתה עשויה חומר הצפוף הרבה יותר מהמים. ברגע שהקערה הושמה לצוף במי הסיר, מים קלחו מבעד לחור הקטן בתחתיתה, וקצת לפני שנמלאה מים היא שקעה לתוך הסיר. המנהג היה לרוקן את הקערה ולאחר מכן להניח אותה שוב על המים בסיר, וכך הלאה, ולתעד כל פעם באמצעות הנחת אבן בצנצנת. על אף פשטותה, שיטה זו מביאה לקצב אחיד בקירוב של קליחת המים מבעד לחור שבתחתית הקערה (כאשר הקערה גלילית וצפיפותה גבוהה בהרבה מצפיפות המים, קליחת המים מגיעה מהר לשיווי משקל ומהירות שקיעת הקערה היא:
formula_1 כאשר formula_2 הוא קבוע חסר ממדים ששווה ליחס בין שטח החור לשטח בסיס הגליל), ולכן היא הייתה ישימה לקערות בגדלים שונים, עבורן ניתן היה להעריך את יחידת הזמן שהן ימדדו לפי גודלן. לפיכך, כיוון שבכל פעם התהליך ארך משך זמן שווה, מספר האבנים בצנצנת ציין כמה זמן חלף.
מצרים.
במצרים, השעון המוקדם ביותר אשר לו עדות פיזיקלית מתוארך לשנים 1379 - 1417 לפנה"ס, במהלך שלטונו של אמנחותפ השלישי שבו נעשה שימוש בשעון במקדש של אמון-רע שב-כרנך. התיעוד המוקדם ביותר של שעון מים הוא הכתובית על מצבתו של פקיד הממשל בן המאה ה-16 לפנה"ס אמנמחת, אשר מזהה אותו כממציאו. שעוני המים הפרימיטיביים הללו, שהיו מהסוג של זרימה החוצה, היו כדי אבן עם דפנות תלולות שאפשרו למים לזלוג בקצב כמעט קבוע מחור קטן בסמוך לתחתית. בצידו של הכד היו מצוירות 12 עמודות עם סימונים ברווחים קבועים המיועדים למדוד את חלוף ה-"שעות" כשמפלס המים הגיע אליהם. 12 העמודות תאמו את 12 חודשי השנה, מה שאפשר להתחשב בשינוי של השעה העונתית במהלך השנה. בשעונים האלה נעזרו הכוהנים כדי לקבוע מה השעה בלילה כך שהטקסים והקרבות הקורבנות של המקדש יעשו בשעה הנכונה.
בבל.
בבבל, שעוני מים היו מהסוג של זרימה החוצה והיו גליליים בצורתם. השימוש בשעוני מים כאמצעי עזר לחישובים אסטרונומיים מתוארך לתקופת השושלת הבבלית הראשונה (1,600-2,000 לפנה"ס).
בעוד אין שעוני מים ששרדו באזור של מסופוטמיה, רוב העדות לקיומם בא מכתבים שנכתבו על Clay tablet. שני אוספים של לוחות כאלה הם, למשל, Enuma-Anu-Enlil וה- MUL.APIN. לפי הלוחות האלה, בשעוני מים נעשה שימוש כדי לקבוע את התשלום לשומרים שתצפתו ביום ובלילה.
השעונים האלו היו מיוחדים בכך שלא נוסף לו אינדיקטור, כמו למשל חריצים במרווחים קבועים (כפי שנעשה במצרים). במקום זאת, שעונים אלו מדדו זמן "לפי המשקל של המים שזרמו מהם". הנפח נמדד ביחידות שנקראו qa. המשקל, mana (השם היווני ליחידת משקל של פאונד אחד), היה המשקל של מים בשעון מים אחד.
חשוב לשים לב שמהלך התקופה הבבלית, זמן נמדד בשעות זמניות. לכן, כשהעונות השתנו, כך גם אורך היממה. "כדי להגדיר את אורכו של משמר לילה ביום ההיפוך הקיצי, היה צריך לשפוך שני מאנות של מים לתוך קלפסידרה גלילית; התרוקנותה סימנה את סוף המשמר. היה צריך להוסיף שישית אחת של מאנה בכל חצי חודש. בנקודת השוויון, שלושה מאנות התרוקנו כדי להתאים למשמר אחד, וביום ההיפוך החורפי, ארבעה מאנות רוקנו בשביל לציין את סיומו של משמר אחד".
הודו.
N. Kameswara Rao הציע שבסירים שנמצאו במערות שבמואנג'ודארו נעשה שימוש כשעוני מים; הם צרים יותר בתחתית, יש להם חור בצידם, והם דומים לכלים ששימשו לבצע טקס שבו שפכו "מים קדושים" על לינגאם. N. Narahari Achar ו- Subhash Kak מציעים שהשימוש בשעוני מים בהודו העתיקה מוזכר באחד הטקסטים הקדושים של ההינדואיזם, ה-Atharvaveda, שמהמאה ה-2 לפנה"ס. ל-Ghati או Kapala (קלפסידרה או שעון מים) יש התייחסות בודאנגה, שם כמות המים שמודדת נאדיקה (24 דקות) מוזכרת. צורה פחות פרימיטיבית של הקלפסידרה מתוארת בפרק 13 של ה-Suryasiddhanta. בנאלנדה, אוניברסיטה בודהיסטית, ארבע שעות ביום וארבע שעות בלילה נמדדו בעזרת שעון מים, אשר הורכב מקערה עשויה נחושת בתוך קערה גדולה יותר המלאה מים, בדומה לעקרון השעון הפרסי. היא טבעה כאשר נמלאה לחלוטין וכך נמדדה יחידת זמן. תיאור זה דומה לתיאור של המתמטיקאי בראהמגופטה את המכשיר.
סין.
בסין, כמו בכל רחבי מזרח אסיה, שעוני מים היו חשובים מאוד לצורך מחקרים באסטרונומיה ואסטרולוגיה. התיעוד המוקדם ביותר לשימוש בשעוני מים בסין מתוארך למאה ה-6 לפנה"ס. בערך משנת 200 לפנה"ס והלאה, הקלפסידרה עם זרימה החוצה הוחלפה כמעט בכל מקום בסין בקלפסידרה עם זרימה פנימה ואינדיקטור שמורכב ממוט המונח על מצוף (המצוף עלה כשהמים זרמו פנימה, ולכן האינדיקטור ציין זמן שונה).
הואן טאן (40 לפנה"ס - 30 לספירה), מזכיר בבית משפט שהיה אחראי על קלפסידרה, כתב שהיה חייב להשוות קלפסידרות עם שעוני שמש בגלל האופן שבו הלחות והטמפרטורה השפיעו על הדיוק שלהם, מה שמעיד שהאפקט של התאדות המים, כמו גם הטמפרטורה שלהם, על המהירות שהמים זורמים, היו ידועים באותה תקופה. בשנת 976, זאנג סיקסון, טיפל בבעיה של מים הקופאים בקלפסידרה במזג אוויר קר באמצעות שימוש בכספית נוזלית במקום מים. המהנדס בן שושלת מינג זואן קסייואן (1360 -1380) בנה שעון המבוסס על גלגל הממונע בחול במקום מים, ששופר על ידי זואו שוקסו (1530 - 1558).
השימוש בקלפסידרות כדי לתפעל מנגנונים המדגימים תופעות אסטרונומיות החל אצל זאנג האנג (78 - 139) בשנת 117 לספירה, אשר השתמש בגלגל מים. זאנג האנג היה הראשון בסין שהוסיף מאגר מים נוסף בין מאגר המים הראשי וכלי הקיבול אליו זרמו המים, מה שפתר את בעיית נפילת עומד הלחץ במאגר המים הראשי. גאוניותו של זאנג הובילה ליצירתו של שעון המונע על ידי מערכת תמסורת המורכבת מגלגלי מים על ידי אי קסינג (683-727) וליאנג לינגזאן בשנת 725 לספירה. באותו המנגנון יעשה שימוש על ידי סו סונג (1020-1101) ב-1088 כדי למנע את מגדל השעון האסטרונומי שלו כמו גם כדי להניע מכניזם ממסרת שרשראות. מגדל השעון של סו סונג, שהיה מעל גובה של 30 רגל (9.1 מטר), היה בעל מנגנון הנעה עשוי ברונזה שהניע ספירה ארמילרית לצורך תצפיות, גלובוס הסובב באופן אוטומטי, וחמישה פנלים קדמיים עם דלתות נפתחות שאפשרו מבט פנים על דוגמניות מתחלפות, אשר צלצלו בפעמונים או תופים והחזיקו לוחות שציינו את השעה או זמנים חשובים אחרים של אותו יום.
כיום, במגדלי התוף והפעמון בבייג'ינג מוצגת לראווה קלפסידרה בעבור תיירים. היא מחוברת לאוטומציות כך שכל רבע שעה פסל אדם קטן העשוי מפליז מקיש על המצלה שלו.
העולם היווני-רומאי.
ביוון, שעון המים היה ידוע כקלפסידרה (גנב מים). היוונים פיתחו באופן משמעותי את שעון המים בכך שטיפלו בבעיית זרימת המים הדועכת. הם הציגו מספר סוגים של קלפסידרה, אחד מהם כלל את המערכת המוקדמת ביותר של בקרת משוב. קטסיביוס המציא מערכת סימון זמן לשעונים שכללה מחוגים. המהנדס הרומאי ויטרוביוס תיאר בכתביו שעונים למטרת אזעקה, הפועלים על ידי תופים או חצוצרות.
שעון מים נפוץ היה קלפסידרה עם זרימת מים החוצה. לכלי הקיבול המונח היה חור בצידו ליד הבסיס. בימי יוון ורומי, בסוג זה של קלפסידרה נעשה שימוש כדי לקצוב את הזמן של נואמים בבתי הדין ובאסיפות. במקרים חשובים, למשל כאשר חייו של אדם היו מונחים על הכף, היא הייתה ממולאת עד הסוף. במקרים שוליים יותר, היא הייתה ממולאת רק בחלקה. אם הנאום היה מופרע מכל סיבה שהיא, למשל כדי לבחון מסמכים, החור בקלפסידרה נאטם עם שעווה עד אשר הנואם היה ממשיך את תחינתו. מאוחר יותר, בתחילת המאה ה-3 לפנה"ס, הרופא ההלניסטי הירופילוס השתמש בקלפסידרה ניידת בביקורי הבית שלו באלכסנדריה כדי למדוד את קצב פעימות הלב של המטופלים שלו. באמצעות השוואת הקצב לפי קבוצת גיל לזה שבמאגר נתונים שנקבע אמפירית, הוא היה מסוגל לקבוע את עוצמת ההפרעה.
בין 270 לפנה"ס ו-500 לספירה, הורולוגים ואסטרונומים יוונים (קטסיביוס, הרון מאלכסנדריה, ארכימדס) ורומאים פיתחו שעוני מים מכניים מתוחכמים יותר ויותר. המורכבות שנוספה נועדה לווסת את זרימת המים, ולספק תצוגות שונות לחלוף הזמן. למשל, שעוני מים מסוימים הניעו פעמונים, בעוד אחרים פתחו דלתות וחלונות שהראו דמויות של אנשים. כמה שעוני מים אף הניעו דגמים אסטרולוגיים של היקום. המהנדס בין המאה ה-3 לפנה"ס פילו מביזנטיום התייחס בעבודותיו לשעוני מים שהכילו מנגנון תמסורת, הראשון מסוגו.
התקן נוסף, שתואר על ידי הרון כהתקן המסוגל לתקן את מפלס המים בקערה באופן אוטומטי באמצעות זרימה לא קצובה ממאגר מים, היה מעיין הכלאה של מאוזניים ומגנון זרימה פרימיטיבי - לצידה האחד של המאזניים היה מחובר מצוף הצף במאגר מים נסתר המחובר לקערה, כך שכאשר מפלס המים בקערה ירד מפלס המים במאגר הנסתר ירד גם הוא (חוק הכלים השלובים), המאזניים נטו לצד אחד וכתוצאה פתח נפתח במאגר המים הראשי ופרץ מים יצא ממנו. במינוח מודרני מתחום תורת הבקרה, ההתקן של הרון הוא דוגמה קלאסית למערכת משוב.
ההישג הבולט ביותר בתכנון קלפסידרות שבא לידי ביטוי בתקופה היה בידי קטסיביוס, אשר שעון המים שלו שילב גלגלי שיניים ואינדיקטור מחוג כדי להראות באופן אוטומטי את הזמן בעוד אורך הימים משתנה במהלך השנה, שכן שיטת המדידה הנהוגה באותה עת הייתה שיטת השעות הזמניות.