אף על פי שהיוונים והרומאים עשו רבות כדי לקדם את טכנולוגיית שעון המים, הם עדיין המשיכו להשתמש בשעוני צל. אומרים כי המתמטיקאי והאסטרונום תיאודוסיוס מביתניה, למשל, המציא שעון שמש אוניברסלי שהיה מדויק בכל מקום על פני כדור הארץ, אם כי מעט מאוד ידוע עליו. אחרים כתבו על שעון שמש במתמטיקה ובספרות של התקופה. מרקוס ויטרוביוס פוליו, הסופר הרומאי של "על אודות האדריכלות", כתב על המתמטיקה של גנומונים, או להבי שעוני השמש. בתקופת שלטונו של אוגוסטוס קיסר, בנו הרומאים את שעון השמש הגדול ביותר שנבנה אי פעם, סולריום אוגוסטי. הגנומון שלו היה אובליסק מבמצרים העתיקה. באופן דומה, האובליסק מקמפוס מרטיוס שימש כגנומון לשעון השמש של גלגל המזלות של אוגוסטוס. פליניוס הזקן תיעד כי שעון השמש הראשון ברומא הגיע בשנת 264 לפני הספירה, ונגנב מקאטניה שבסיציליה; לדבריו, זה הציג זמן שגוי עד לשימוש בציונים ובזווית המתאימה לקווי הרוחב של רומא - מאה שנה לאחר מכן.
פרס הקדומה ובימי הביניים.
לפי קליסטנש, הפרסים השתמשו בשעוני מים בשנת 328 לפני הספירה להבטיח חלוקה צודקת ומדויקת של מים מקאנט לבעלי מניותיהם להשקיה חקלאית. השימוש בשעוני מים באיראן, בעיקר בזאבד, מתוארך ל-500 לפני הספירה. מאוחר יותר הם שימשו גם כדי לקבוע את הימים הקדושים המדויקים של הדתות הטרום אסלאמית, כגון ה"נורוז", "צ'לה", או "ילדא" - היום או הלילה הקצרים ביותר, השווים או הארוכים ביותר של השנה. שעוני המים ששימשו באיראן היו אחד הכלים העתיקים המעשיים ביותר לתזמון לוח השנה.
שעוני מים, או "פנג'אאן", בפרס הגיעו לרמת דיוק בהשוואה לסטנדרטים של היום. הפנג'אן היה המכשיר המדויק והמשמש ביותר לנקודת זמן לחישוב הכמות או הזמן שעליו חקלאי לקחת מים מפוגארה או באר להשקיית שדהו, עד שהוחלף בשעון זרם מדויק יותר. שעוני מים פרסיים היו כלי מעשי ושימושי לבעלי מניות הפוגארה לחישוב משך הזמן בו יכלו להסיט מים לשדות שלהם. הפוגארה היה מקור המים היחיד לחקלאות והשקיה ולכן חלוקת מים צודקת והוגנת הייתה חשובה מאוד. לפיכך, אדם זקן הוגן וחכם מאוד נבחר להיות מנהל שעון המים, ולפחות שני מנהלים במשרה מלאה היו צריכים לשלוט ולצפות במספר הפנג'אנים ולהודיע על השעה המדויקת במהלך הימים והלילות.
הפנג'אן היה סיר גדול מלא מים וקערה עם חור קטן במרכז. כאשר הקערה הייתה מלאה במים, היא הייתה שוקעת בסיר, והמנהל היה מרוקן את הקערה ושוב מניח אותה על ראש המים בסיר. הוא היה מתעד את מספר הפעמים שהקערה שקעה על ידי הכנסת אבנים קטנות לצנצנת.
המקום בו נמצא השעון, ומנהליו, היו ידועים באופן קולקטיבי בשם "חאנה פנג'אן". בדרך כלל זו הקומה העליונה של בית ציבורי, עם חלונות הפונים מערבה ומזרח כדי להציג את זמן השקיעה והזריחה. היה גם כלי מעקב זמן נוסף בשם סטאריאב (Staryab) או אצטרולב, אך הוא שימש בעיקר למטרת אמונות טפלות ולא היה מעשי לשימושם של החקלאים. שעון המים של זאבד גונאבאד (אירן) היה בשימוש עד 1965, כאשר במקומו הוחלפו שעונים מודרניים.
סין בעת העתיקה ובימי הביניים.
ג'וזף נידהם, היסטוריון בעל שם בתחום המדע והטכנולוגיה בסין, העלה השערה כי ייבוא הקלפסידרה יצוא לסין, אולי ממסופוטמיה, התרחשה כבר באלף השני לפני הספירה, במהלך שושלת שאנג, ולכל המאוחר באלף הראשון לפני הספירה. עם תחילת שושלת האן, בשנת 202 לפני הספירה, הוחלפה בהדרגה קלפסידרה שפעלה בטכניקה של הוצאת מים (Outflow type) על ידי קלפסידרה שפעלה בטכניקה של הכנסת מים (Inflow type), ושאופיינה במוט אינדיקטור על ציפה. כדי לפצות על ראש הלחץ הנופל במאגר, אשר האט את קצב הזמן עם מילוי הכלי, הוסיף ג'אנג הנג () מיכל נוסף בין המאגר לכלי הזרימה. בסביבות 550 לספירה, יין גאי (Yin Gui) היה הראשון בסין שכתב על הצפה או על גובה קבוע של המכל שהתווסף לסדרה, ושתואר בהמשך בפירוט על ידי הממציא שן קואו. בסביבות שנת 610 נוצח עיצוב זה על ידי שני ממציאי שושלת סווי, ג'נג שון ויואן קאי, שהיו הראשונים לייצר את קלפסידרת האיזון, עם עמדות סטנדרטיות למאזני משקל.
המצאות של שעונים בתקופת ימי הביניים ובתקופה הפרה-מודרנית.
המונח 'שעון' מקיף קשת רחבה של מכשירים, החל משעוני היד ועד שעון לעשר אלף שנים. המילה "שעון" שהומצאה בעברית החדשה, נגזרת מהמילה שעה, בעוד המילה האנגלית "קלוק" (Clock) נובעת מהאנגלית התיכונה: "Clokke", מצפון-צרפתית ישנה: "Cloque", או מהולנדית התיכונה: "Clocke". בכל אופן, כל המשמעות מילים אלה היא "פעמון", ומקורן בלטינית של ימי הביניים: "קלוקה" (Clocca), שמשמעותה גם פעמון. אכן, פעמונים שימשו לסימון חלוף הזמן; הם סימנו את מעבר השעות בים ובמנזרים.
לאורך ההיסטוריה היו לשעונים מגוון מקורות הספק כוח, כולל שימוש בכוח משיכה, קפיצים וחשמל. שעונים מכניים הפכו נפוצים במאה ה-14, אז הם שימשו במנזרים של ימי הביניים כדי לשמור על לוח הזמנים של התפילות המוסדר. השעון המשיך להשתפר, כאשר שעון המטוטלת הראשון תוכנן ונבנה במאה ה-17.
שעוני נרות.
האזכור המוקדם ביותר של שעוני נרות מקורו בשיר סיני, שנכתב ב־520 לספירה על ידי יו ג'יאנפו. על פי השיר, הנר המדורג היה אמצעי לקביעת השעה בלילה. נרות דומים שימשו ביפן עד תחילת המאה העשירית.
שעון הנר הנזכר והנכתב ביותר מיוחס למלך אלפרד הגדול. זה כלל ששה נרות העשויים מכ-112 גרם, כל אחד באורך ועובי אחיד, מסומן בכל אינץ' (2.54. ס"מ). כאשר נרות אלה בערו במשך כארבע שעות, כל סימן ייצג 20 דקות. לאחר הדלקתם, הנרות הונחו בקופסאות זכוכית ממוסגרות מעץ, כדי למנוע את כיבוי הלהבה.
שעוני הנרות המתוחכמים ביותר בזמנם היו אלה של אל-ג'זארי בשנת 1206. אחד משעוני הנר שלו כלל חוגה להצגת השעה, ובפעם הראשונה השתמש במַחְבֵּר שָׁגוּם, אביזר חיבור שעדיין בשימוש בעידן המודרני. דונלד רוטולדג' היל תיאר בכתביו את שעוני הנרות של אל-ג'זארי.
וריאציה נוספת של שעוני הנרות היו שעוני מנורת שמן. השעונים העתיקים הללו כללו מתקן זכוכית מדורג המחזיק שמן - בדרך כלל שמן לוויתן, שנשרף בצורה נקייה ושווה - וסיפק את הדלק למנורה המובנית. כאשר המפלס במתקן צנח, הוא סיפק מידה גסה לחלוף הזמן.
שעוני קטורת.
בנוסף לשעוני מים, שעונים מכניים ונרות, שעוני קטורת שימשו במזרח הרחוק ועוצבו בכמה צורות שונות. שעוני קטורת שימשו לראשונה בסין בסביבות המאה ה-6; ביפן עדיין קיים שעון מסוג זה בשוסוין, אם כי הכיתוב שלה אינן בסינית, אלא בדוונאגרית. בשל השימוש התכוף שלהם בכיתוב דוונאגרית, המרמז על השימוש בהם בטקסים בודהיסטים, ההיסטוריון האמריקני אדוארד שפר העלה השערה כי שעוני הקטורת הומצאו בהודו. אף על פי שהוא דומה לשעון הנר, שעון הקטורת בער באופן שווה וללא להבה; לכן הם היו מדויקים ובטוחים יותר לשימוש בתוך בתים.
נמצאו כמה סוגים של שעון קטורת, הצורות הנפוצות ביותר כוללות את מקל הקטורת וחותמת הקטורת (תיאור להלן). שעון מקל קטורת היה מקל קטורת עם כיול; רוב שעוני הקטורת היו משוכללים, לעיתים עם חוטים עם משקלות צמודים, במרווחים אחידים. המשקולות היו צונחות על מגש או גונג שמתחת, מה שמסמן שחלף זמן מסוים. מספר שעוני קטורת הוחזקו במגשים אלגנטיים בעלי תחתית סגורה; גם מגשים בעלי תחתית פתוחה היו בשימוש כדי לאפשר שימוש במשקולות יחד עם המגש הדקורטיבי. כן נעשה שימוש במקלות קטורת בניחוחות שונים, כך שהשעות סומנו על ידי שינוי ניחוח. מקלות הקטורת יכולים להיות ישרים או ספיראליים; הספירלות היו ארוכות יותר, ולכן נועדו לתקופות ארוכות של שימוש, ולעיתים קרובות היו תלויים בתקרות הבתים והמקדשים. ביפן, גיישה הייתה מתוגמלת עבור מספר "סונקודוקי" (Senkodokei) - מקלות קטורת, שצרכה בזמן הופעתה, נוהג שנמשך עד 1924.
שעוני חותם קטורת שימשו לסיבות ואירועים דומים כמו שעון המקל; בעוד שלמטרות דתיות היו שעונים אלה בעלי חשיבות עיקרית, שעונים אלה היו פופולריים גם במפגשים חברתיים, והם שימשו על ידי חוקרים ואינטלקטואלים סינים. החותם היה דיסק מעץ או אבן עם חריץ אחד או יותר שנחרצו בו ואשר לתוכו הונח קטורת. שעונים אלה היו נפוצים בסין אך יוצרו בכמויות קטנות גם ביפן. כדי לאותת על חלוף פרק זמן מסוים ניתן היה למקם על שבילי אבקת הקטורת חתיכות קטנות של יער ריחני, שרפים או קטורות ריחניות שונות. שעוני קטורת אבקתיים שונים השתמשו בפורמולות שונות של קטורת, כתלות באופן שבו הִנחו השעון. אורכו של שובל הקטורת, הקשור ישירות לגודל החותם, היה הגורם העיקרי לקביעת משך זמן השעון; כולם נשרפו לפרקי זמן ארוכים, שנעו בין 12 שעות לחודש.
בעוד חותמות קטורת מוקדמות היו עשויות עץ או אבן, הסינים הכניסו לתחום בהדרגה דיסקים עשויים מתכת, ככל הנראה החל משושלת סונג. עובדה זו אפשרה לבעלי המלאכה ליצור בקלות רבה יותר חותמות גדולות וקטנות, כמו גם לעצב ולקשט אותם בצורה אסתטית יותר. יתרון נוסף היה היכולת לגוון את שבילי החריצים, בהתאם לאורך הימים המשתנה בשנה. ככל ששעוני החותמות הללו היו קטנות יותר כך הן הפכו לזמינות יותר. הפופולריות של שעונים אלה צמחה בקרב הסינים, ולעיתים קרובות הוענקו במתנה. שעוני חותם קטורת מבוקשים לרוב אצל אספני שעון מודרניים; עם זאת, מעטים נותרו שטרם נרכשו או הוצגו בתצוגה במוזיאונים או במקדשים.
שעוני שמש.