时间数字转换器通常用于测量两个（脉冲）信号之间的时间间隔，测量精度可达皮秒级，被广泛用于超声、雷达、激光及高能物理等相关领域中的高精度时间测量。

时间数字转换器通常基于延迟线结构，利用信号通过逻辑门电路的绝对传输时间来测量时间间隔,早期用同轴线来实现延迟线。随着集成电路技术的发展，基于延迟线结构的时间数字转换器被移植到集成电路芯片上。可以基于专用集成电路（integrated circuit; IC）芯片或微控制器、数字信号处理器（digital signal processor; DSP）及现场可编程门阵列（field programmable gate array; FPGA）等通用芯片实现时间数字转换器。