אמצעי מעקב זמן עתיקים אחרים כוללים את שעון הנרות, ששימש בסין העתיקה ביפן העתיקה, באנגליה ובמסופוטמיה; מוט הזמן שנעשה בו שימוש נרחב בפרס, הודו וטיבט, כמו גם בחלקים מסוימים של אירופה; וגם שעון החול שתפקד באופן דומה לשעון מים; שעון השמש, שעון עתיק נוסף, שהסתמך על צללים כדי לספק הערכה סבירה לשעה ביום שמשי. הוא לא כל כך היה שימושי במזג אוויר מעונן או בלילה ודרש כיול מחדש כאשר העונות התחלפו (אם הגנומון לא היה מיושר עם ציר כדור הארץ).
השעון הקדום ביותר הידוע עם מנגנון מַחְגֵרִי המופעל על ידי מים, שהעביר אנרגיה סיבובית לתנועות לסירוגין מתוארך ל ביוון העתיקה; בהמשך, במאה העשירית, מהנדסים סינים המציאו שעונים הכוללים מנגנוני מַחְגֵר מכספית, ואחריהם במאה ה-11 מהנדסים ערבים המציאו שעוני מים המונעים על ידי הילוכים ומשקולות.
השעונים המכניים הראשונים, בהם השתמשו במנגנון מַחגֵּר-גלגל עם גלגל איזון, הומצאו באירופה בסביבות תחילת המאה ה-14, והפכו לשעונים סטנדרטיים עד שהומצא שעון המטוטלת בשנת 1656. המצאת שעוני הקפיץ בראשית המאה ה-15 אפשרה לבנות שעונים ניידים, שהתפתחו לשעוני הכיס הראשונים בתחילת המאה ה-17, אך אלה לא היו מדויקים במיוחד, עד שנוסף קפיץ האיזון לגלגל האיזון באמצע מאה זו.
שעון המטוטלת נותר שעון הזמן המדויק ביותר עד שנות ה-30 של המאה ה-20, אז הומצאו שעונים מבוססי מתנד גבישי (קוורץ), ואחריהם, לאחר מלחמת העולם השנייה, פותחו שעונים אטומיים. אף על פי שטכנולוגיית הקוורץ הוגבלה בתחילה למעבדות, התפתחות המיקרואלקטרוניקה בשנות ה-60 של המאה ה-20 הפכה את שעוני קוורץ לקומפקטיים וזולים לייצור, ובשנות השמונים הם הפכו לטכנולוגיית השעונים השולטת בעולם בשעונים הנייחים וגם בשעוני היד.
שעונים אטומיים מדויקים בהרבה מכל שעון אחר שקדם להם, ומשמשים לכיול שעונים אחרים ולחישוב הזמן האטומי הבינלאומי. מערכת אזרחית סטנדרטית, זמן אוניברסלי מתואם, מבוססת אף היא על הזמן האטומי הנ"ל.
שעונים של תרבויות עתיקות.
תרבויות קדומות רבות התבוננו וצפו בגופים אסטרונומיים, לרוב השמש והירח, כדי לקבוע זמנים, תאריכים ועונות. לוחות השנה הראשונים אולי נוצרו בתקופת הקרחונים האחרונה, על ידי ציידים-לקטים שהשתמשו בכלים כמו מקלות ועצמות כדי לעקוב אחר שלבי מופעי הירח או עונות השנה. מעגלי אבן, כמו סטונהנג' באנגליה, נבנו באזורים שונים בעולם, במיוחד באירופה הפרהיסטורית, ונחשבים למי ששימשו כשעונים לחיזוי אירועים עונתיים ושנתיים כמו נקודת השוויון או נקודת ההיפוך. מכיוון שהתרבויות המגלטיות הללו לא השאירו היסטוריה מתועדת, מעט ידוע על לוחות השנה או על שיטות הזמן שלהם. שיטות בעלות בסיס סקסגסימלי, שכיחות כיום בחברות המערביות והמזרחיות, מעידות לראשונה על לפני כמעט 4,000 שנים במסופוטמיה ובמצרים. המסואמריקנים עדכנו באופן דומה את מערכת החישוב בעלת הבסיס הוויגסימלי שלהם, כאשר התעסקו בלוחות שנה כדי ליצור שנה של 360 יום.
מצרים העתיקה.
שעון השמש העתיק ביותר הידוע לנו כיום הוא ממצרים, בערך משנת 1500 לפני הספירה (השושלת ה-19), והתגלה בעמק המלכים בשנת 2013. שעוני השמש מקורם בשעוני צל, שהיו המכשירים הראשונים ששימשו למעקב אחר חלקי היום. אובליסקים מצריים קדומים, שנבנו כ־3500 שנים לפני הספירה, הם גם בין שעוני הצל הקדומים ביותר.
שעוני צל מצריים חילקו את היום ל-12 חלקים כאשר כל חלק מחולק לחלקים מדויקים יותר. שעון צל אחד מסוגו כלל גוף ארוך עם חמישה סימנים משתנים ומשקוף מוגבה שהטיל צל על אותם סימנים. הוא הוצב מזרחה בבוקר כך שהשמש העולה הטילה צל על הסימנים, והופנה מערבה בצהריים כדי לתפוס את צללי אחר הצהריים. אובליסקים פעלו באותו אופן כמעט: הצל שהוטל על הסימנים סביבו איפשר למצרים לחשב את הזמן. האובליסק ציין גם אם מדובר בבוקר או אחר הצהריים, כמו גם את נקודות ההיפוך של הקיץ והחורף. שעון צל שלישי, שפותח ב-1500 לפני הספירה, היה דומה בצורתו לסרגל T בשעה שהוא כפוף. שעון זה מדד את חלוף הזמן על ידי הצל המוטל באמצעות המוט האופקי שלו על סרגל לא ליניארי. ה-"T" כּוּוְנָה מזרחה בבקרים, וסוּבבה בצהריים, כך שתוכל להטיל את צִלהּ בכיוון ההפוך.
למרות הדיוק, שעוני צל הסתמכו על השמש וכך היו חסרי תועלת בלילה ובמזג אוויר מעונן. המצרים פיתחו אפוא מספר מכשירי תזמון חלופיים, כולל שעוני מים, ומערכת למעקב אחר תנועות כוכבים. התיאור העתיק ביותר של שעון מים הוא מכתובת קבר של פקיד בית משפט מצרי במאה ה-16 לפני הספירה, שזיהה אותו כממציאו. היו כמה סוגים של שעוני מים, חלקם משוכללים יותר מאחרים. סוג אחד כלל קערה עם חורים קטנים בתחתיתה, שצפה על המים ואיפשרה להתמלא בקצב כמעט קבוע; סימונים בצד הקערה ציינו זמן שחלף, כאשר פני המים הגיעו אליהם. שעון המים העתיק ביותר הידוע נמצא בקברו של פרעה אמנחותפ הראשון (1525–1504 לפני הספירה), מה שמרמז כי הם שימשו לראשונה במצרים העתיקה. שיטה מצרית נוספת לקביעת השעה במהלך הלילה הייתה באמצעות מִשְׁקוֹלוֹת-אֲנָךְ המכונים מֶרקֶטוֹת (merkhets). בשימוש מאז 600 לפני הספירה לפחות, היו שני מכשירים אלה מיושרים עם כוכב הצפון, ליצירת מרידיאן מצפון-דרום. הזמן נמדד במדויק על ידי התבוננות בכוכבים מסוימים כשחצו את הקו שנוצר עם המרקטות.
יוון ורומא העתיקה.
שעוני מים, או קלפסידרה, שימשו לרוב ביוון העתיקה לאחר הצגתם על ידי אפלטון, שהמציא גם שעון מעורר על בסיס מים תיאור אחד של השעון המעורר של אפלטון מתאר זאת כתלות בהצפתה הלילית של כלי המכיל כדורי עופרת, שצפו בחבית בעלת צורה של עמוד. בחבית הייתה כמות הולכת וגוברת של מים, שסופקו על ידי מכל מים. בבוקר, המים שבכלי היו צפים מספיק גבוה כדי להטות אותה, וגורמים לכדורי העופרת להישפך על מגש נחושת. הרעש שהתקבל עורר אז את תלמידיו של אפלטון באקדמיה. אפשרות נוספת היא שהיא כללה שתי צנצנות, המחוברות באמצעות סיפון; מים התרוקנו עד שהגיעו לסיפון שהעביר את המים לצנצנת השנייה. שם, המים העולים ידחפו אוויר דרך משרוקית, שהשמיעו שריקה בתפקיד שעון מעורר. היוונים והכלדינים קיימו באופן קבוע רשומות של תזמון זמן כחלק חיוני מהתצפיות האסטרונומיות שלהם.
האסטרונום היווני, אנדרוניקוס מקירוס, פיקח על בניית מגדל הרוחות באתונה במאה הראשונה לפני הספירה.
במסורת היוונית, קלפסידרות היו בשימוש בבית משפט; מאוחר יותר אימצו הרומאים גם את הנוהג הזה. יש כמה אזכורים לכך ברשומות היסטוריות ובספרות של התקופה; לדוגמה, ב"תאורטוס" אומר אפלטון כי "האנשים האלה, לעומת זאת, תמיד מדברים בחיפזון, שכן המים הזורמים דוחקים אותם". אזכור נוסף מתרחש ב"חמור הזהב" של לוציוס אפוליוס: "פקיד בית המשפט החל לצעוק שוב, והפעם זימן את העד הראשי להופעת התביעה. למעלה צעד זקן שלא הכרתי. הוא הוזמן לדבר כל עוד היו מים בשעון; זה היה כדור חלול אליו נשפכו מים דרך משפך בצוואר, וממנו נמלטו בהדרגה דרך ניקוב עדין בבסיס". השעון בדיווחו של אפוליוס היה אחד ממגוון סוגים של שעוני מים ששימשו בהיסטוריה. שעון נוסף כלל קערה עם חור במרכזה, שהוצפה על מים. הזמן חושב על ידי התבוננות בזמן שלקח לקערה להתמלא במים.
אף על פי שהקלפסידרה הייתה שימושית יותר משעוני שמש היות שניתן היה להשתמש בהם בתוך הבית, במהלך הלילה, וגם כשהשמיים היו מעוננים, בכל אופן הם לא היו מדויקים באותה מידה. לכן, היוונים חיפשו דרך לשפר את שעוני המים שלהם. למרות חוסר הדיוק לעומת שעוני השמש, שעוני המים היווניים הפכו ליותר מדויקים סביב 325 שנים לפני הספירה, והותאמו להם פנים עם מחוג של שעה, מה שעשה את קריאת השעון ליותר מדויקת ונוחה. אחת הבעיות השכיחות יותר ברוב סוגי הקלפסידרה נגרמה כתוצאה מלחץ מים: כאשר המכולה המחזיקה את המים הייתה מלאה, הלחץ המוגבר גרם למים לזרום במהירות רבה יותר. בעיה זו טופלה על ידי הורולוגים יוונים ורומאים החל משנת 100 לפני הספירה, והשיפורים המשיכו להתבצע במאות שלאחר מכן. כדי לנטרל את זרימת המים המוגברת, קיבלו מיכלי המים של השעון - בדרך כלל קערות או פכים - צורה חרוטית; ממוקמת עם הקצה הרחב למעלה, כמות גדולה יותר של מים הייתה צריכה לזרום החוצה כדי לרדת באותו מרחק כמו כשהמים היו נמוכים יותר בתוך הקונוס. לצד שיפור זה, נבנו שעונים בצורה אלגנטית יותר בתקופה זו, עם שעות המסומנות על ידי גונגים, דלתות הנפתחות לפסלונים זעירים, פעמונים או מנגנוני תנועה. עם זאת, היו כמה בעיות שנותרו, שמעולם לא נפתרו, כמו השפעת הטמפרטורה. מים זורמים לאט יותר כאשר הם קרים, ואפילו עלולים לקפוא.
בין 270 לפני הספירה ל-לאחר הספירה, הלניסטים (קטסיביוס, הרון מאלכסנדריה, ארכימדס) והורולוגים ואסטרונומים רומיים החלו לפתח שעוני מים ממוכנים משוכללים יותר. המורכבות הנוספת נועדה לווסת את הזרימה ולאפשר תצוגות מהודרות יותר של חלוף הזמן. לדוגמה, כמה שעוני מים צלצלו בפעמונים ובגונגים, בעוד שאחרים פתחו דלתות וחלונות כדי להציג צלמיות של אנשים, או להזיז מצביעים ומחוגים. חלקם אף הציגו מודלים אסטרולוגיים של היקום.