在国际计量大会（CGPM）正式定义秒之前，秒被认为是平太阳日的1/86400的时间长度。由于地球轨道是椭圆，基于地球自转运行周期的太阳日是随四季交替而变化的，因此采用平太阳日（也就是平均太阳日）来定义秒。通过观测，人们逐渐意识到地球自转并不稳定，国际天文学联合会（IAU）建议采用基于地球公转的回归年为基础来重新定义秒。1960年，第11届国际计量大会第9号决议批准了秒的定义：秒是指自历书时1900年1月0日12时（这是历书时常用的一种表示方法，相当于1899年12月31日12时）起的回归年的1/31556925.9747。上述基于天文观测的秒定义被称为天文秒。1967年，第13届国际计量大会第1号决议给出了基于铯原子跃迁的新的秒定义，即秒是铯-133原子基态两个超精细能级之间跃迁对应辐射的9192631770个周期所持续的时间。这个秒定义被称为原子秒。由于温度不为0K的物体都会发射出电磁波，这种电磁波被称为黑体辐射，而环境黑体辐射会影响铯原子的跃迁周期，因此在1997年，国际计量委员会（CIPM）给原子秒定义增加了一条附加说明，澄清秒定义的铯原子处于0K环境下，不受黑体辐射影响。

2018年11月，第26届国际计量大会把SI基本单位以常数为基础重新定义，并将这些常数命名为定义常数。大会决议中通过的秒定义仍然以铯-133原子的基态超精细跃迁为基础，在数值上也与1967年定义的原子秒一致，但是在表述上，首先定义了铯频率常数Δν_Cs，体现出以常数为基础的理念。

秒与其他时间单位的关系：1秒相当于1/60分钟，1/3600小时。