Un orologio in cui gli intervalli di tempo sono determinati con riferimento alle frequenze irradiata o assorbita dalla rotazione di molecole. L'orologio prima di questo genere era l'orologio di ammoniaca, utilizzando le molecole di ammoniaca gassosa per fornire la frequenza di base. Radio onde generate in un circuito allegato sono state alimentate nel gas e la frequenza del circuito regolato fino a metri ha mostrato il massimo assorbimento delle onde dal gas; questa è stata la frequenza desiderata di risonanza. Una più recente sviluppato orologio usi metano del gas, ma i principi di base sono gli stessi. Molecolari orologi sono spesso indicati come gli orologi atomici, ma quest'uso è erroneo. Essi sono anche chiamati Maser se loro output principale è la frequenza, non il tempo.