时间计量是人们观察自然现象，不断总结形成的。

地球绕着太阳公转，春去秋来、寒暑交替、周而复始，逐渐使人们产生了“年”的概念。这里所说的年，指的是回归年，古人又称其为“岁”。《后汉书·律历志》记载:“日周于天，一寒一暑，四时备成……谓之岁。”四时，指的是四季。显然，这里的“岁”，就是一种自然时间单位。

另一种引人关注的周期现象，是月亮的圆缺变化，对这种现象的观察，使得古人产生了“月”的概念。正如宋代沈括所说:“月一盈亏谓之一月。”通过月亮的盈亏确定的时间长度，叫朔望月。朔望月的产生是由于月亮绕地球公转，而地球又绕太阳公转这样综合运动的结果。由于月亮和地球的运动速度都有周期性的变化，所以朔望月的长度不固定。观测结果表明，朔望月的长度“有时长达29天19小时多，有时则仅有29天6小时多”。因此，人们平常说的朔望月长度，都是指平均朔望月。

除了年、月以外，人们接触最多的自然时间单位是日。所谓日出而作、日落而息，就是周日运动对人类生活影响的真实写照。日升日没、周而复始，自然会使人们产生“日”这一时间概念。宋代沈括把它形象地称为“凡日一出没谓之一日”。这说明“日”这一时间单位，是建立在太阳的周日运动基础上的。

回归年、朔望月均以日为单位，所以“日”是古代最基本的时间计量单位。就时间计量而言，仅有自然时间单位显然不够。因为无法表示小于一日的短时间隔，为此，古人又制定了一些人为的时间计量单位。时间计量与历法相结合，便形成了一套自然的计时单位。而传统历法的一个基本内容，就是要使历法上规定的时间单位与大自然提供的时间单位尽量一致，并且在具体安排上与自然单位的天象尽可能相符，这是古代时间计量的一个重要原则。

中国古代普遍采用将一日分为十二时辰的计时制度。这种时制的产生源于古人对太阳运动的认识:既然时间的流逝取决于太阳的运动，那么太阳在空中的方位就可以用来标志时间的早晚，于是，他们把太阳在空中运行轨道均匀分为十二份，每一份对应一个方位，分别用子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥表示。太阳位于不同的方位，就表示不同的时间，这样就产生了十二时制。十二时制产生时间相当早，《周礼》中有“掌十有二岁，十有二月，十有二辰”之说，即指一年包含十二个朔望月，一日包含十二个时辰。

用十二时制作为时间计量单位，在需要对时间进行精细计量的情况下，仍然显得太粗糙。为解决这一问题，在古代中国还存在另一种计时制度——百刻制。百刻制源于“滴水计时”的工作原理，古人是通过“漏刻”来实现的。“漏”是指计时用的漏壶，“刻”是指划分一天的时间计量单位，漏壶计时将昼夜分成一百刻。《隋书·天文志》中曾追述周代的百刻制度:“《周礼》挈壶氏则其职也。其法，总以百刻，分于昼夜。冬至昼漏四十刻，夜漏六十刻。夏至昼漏六十刻，夜漏四十刻。春秋二分，昼夜各五十刻”；“昼有朝，有禺，有中，有晡，有夕。夜有甲、乙、丙、丁、戊。”也就是说，将白天五个时间段分别称朝、禺、中、晡、夕，黑夜则用甲、乙、丙、丁、戊来称呼。这样一天被分成十个时辰和一百刻，而十天合成一旬，这样刻、时辰、天、旬就是十进制的单位了

漏刻计时的百刻制完全不考虑太阳的运动，是一种纯粹的人为时间计量单位，它划分较细，体现了中国古代计时制度向精密化方向的发展。百刻制与天象无关，不便于在天文学上使用。而12时制比较符合天文学上的习惯，但划分较粗。由于一百刻不是十二的整数倍，使得两种计时制度相互配合时产生了许多问题，如果将刻数化为时辰来表示，计算起来较繁杂，反之亦然。为此，历代天文历算学家们作了许多努力，提出各种设想与办法。如《汉书·哀帝纪》中记:“建平元年(前5年)，待诏夏贺良等言……漏刻以百二十为度”。师古曰:“旧漏昼夜共百刻，今增其二十……今贺良等重言，遂施行之。”西汉末，虽有夏贺良等提出将一天一百刻改为一百二十刻，但未能延续下去。故《隋书·天文志》中记:“至哀帝时，又改用昼夜一百二十刻。寻，亦寝废。”至南北朝，梁天监六年(507年)和大同十年(544年)，再分别提出将一天改为九十六刻和一百零八刻。又据《隋书·天文志》中记:“至天监六年，武帝以昼夜百刻，分配十二辰，辰得八刻，仍有余分。乃以昼夜为九十六刻，一辰有全刻八焉。至大同十年，又改用一百八刻。”但是，由于封建制度中因循守旧的陋习，以及受政治上某些因素的影响，上述各种为适应十二时辰而提出改变一天所包含刻数的有效建议，均未能被接受，或只是使用了较短时间就又恢复到百刻制。直至明代末年，欧洲天文学知识传入中国后，人们再次提出九十六刻制的改革。清初以后，九十六刻制才成为正式的时制。依据九十六刻制，一个时辰合八刻，每刻15分钟。我们今天所用的时制就源于此

在时间计量中，对于自然时间单位，古人尽力测出其有特征意义的天文现象发生时刻，由两时刻之间的间隔来确定这些时间单位的大小；对于人为时间单位，则尽力寻求能够均匀变化的物质运动形式(例如均匀滴下的水滴、缓慢燃烧的香等)，由之反映出时间流逝。