参见：en:History of calendars

许多古老的文明会观察天体──通常是太阳和月亮，以确定时间、日期和季节[2][3]。现今在西方社会通用的六十进制时间系统，可追溯至约四千年前的美索不达米亚和古埃及 [2][4][5]；后来，中美洲地区开发类似的系统[6]。

第一个日历，可能在冰河时代末期，由狩猎收集者创造。他们利用如树枝和骨头等工具，记录月相和季节[3]。 世界各地──特别是在史前时期的欧洲──都有石阵，例如英格兰的巨石阵。石阵相信是用来预测昼夜平分点（equinoxes）或至点（亦称二至点；solstices）等的时间[7][3]。那些巨石文明（Megalith）没有留下历史纪录；因此，现代对他们的日历或计时方法，所知甚少[8]。

Ancient Persian clock.Kariz.zibad

Ancient Persian clock

公元前3500年至公元前500年

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日影钟是第一个能够量度小时的装置[9]。已知道最古老的日影钟来自埃及，用绿片岩制造。古埃及约在公元前3500年建造的方尖碑，也是最早的日影钟之一[10][3]。

埃及的日影钟把白天分为十个部分，另外加上4个“微亮小时”── 早上 2个、傍晚 2个。有一种日影钟由一枝长杆和高架横杆组成，长竿上有5个不相等的记号，横杆的阴影会投射到记号之上。横杆在早上指向东方，在正午会指向西方。方尖碑的运作方式差不多：阴影投射到围绕它的记号上，埃及人从而可以计算时间。方尖碑可以指出上午或下午、夏至或冬至[3][11]。

现在己知最古老的水钟 ，在法老阿蒙霍特普一世（公元前1525年至1504年）的墓中发现，这显示古埃及最先使用水钟[11][12][13]。另一方面，相信沙漏也是由古埃及人发明。此外，埃及自公元前600年，开始使用叫作merkhet的铅垂线在晚间量度时间。这工具的铅垂线跟勾陈一（北极星）一致，形成南北子午圈。当特定的星宿横过线时，就能准确报时[11][14]。

公元前500年至公元前1年

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柏拉图把水钟（漏壶）引进古希腊之后，水钟成为古希腊广泛使用的计时工具。柏拉图也发明了一种以水钟为基础的闹钟[15][16]。希腊人和新巴比伦王国保存计时记录，作为组成天体观察的重要部分。漏壶也用在希腊法庭，和后来的罗马法庭上。

虽然水钟比日影钟更好用──水钟在室内、夜间或天空多云的日子都可以使用；不过它们并不准确。因此，希腊人寻求方法改善他们的水钟[17]。到了公元前325年，水钟的准确度大为改善，虽然仍然及不上日影钟。这时的钟有钟面，其上有时针，令人更容易读准时间。水钟较常见的问题是水压：当容器注满水时，增加的水压令水流更迅速。在公元前100年，希腊和罗马的钟表专家，开始解决这个问题；其后的几个世纪，在这一方面得到持续改善。为了抵消高水压增加的水流量做成的影响，装水的容器造成圆锥形状，上阔下窄。于是虽然水平面下降的距离相等，但当容器水满的时候，流出的水要比水半满的时候多。然而，还是有些问题没有得到解决：如温度的影响。天气寒冷的时候，水流比较缓慢，甚至可能冻结[18]。

虽然希腊人和罗马人大大改进水钟的技术，他们仍然继续使用影子钟表。据说数学家和天文学家比提尼亚的狄奥多（英语：Theodosius of Bithynia），发明了全球通用的日晷。这个日晷在地球上任何地方都能准确报时，不过现代对它所知甚少[19]。罗马人在奥古斯都大帝统治期间，建造有史以来最大的日晷──奥古斯都日晷（Solarium Augusti（英语：Solarium Augusti）)。其晷针是从赫利奥波利斯（Heliopolis（英语：Heliopolis））而来的方尖碑[20]。

公元1－1500年

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水钟

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主条目：水钟

李约瑟推测水钟──漏壶可能从两河流域传入中国，时间可能早达公元前二世纪的商代，最迟不会晚于公元前一世纪。由汉代（公元前202）开始，泄水型漏壶逐步被受水型漏壶取代，其特色是浮在受水壶水面上的漏箭，随水面上升指示时间。

蜡烛钟

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蜡烛钟在何处及何时首次使用己不可考。不过，最早提到蜡烛钟的，是一首写于520年的中国诗。诗中说，燃烧的蜡烛是夜间量度时间的方法。直到10世纪初，日本一直使用类似的蜡烛钟[21]。

香钟

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远东地区除了使用水钟、机械钟和蜡烛钟外，也会使用香钟计时[22]。中国大约在六世纪首先使用香钟。在日本的正仓院，仍保存了一个香钟[23]，不过在其上的文字不是汉文，而是梵文[24]。由于佛教经常使用梵文，因此爱德华．沙菲尔推测香钟在佛教仪式中使用，而且是由印度人发明[24]。香钟跟蜡烛钟很相似，不过香烧均匀而且无火焰，因此在室内使用时，比蜡烛钟更准确和更安全[25]。

使用擒纵器的水钟

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第一使用擒纵器的水钟，由密宗僧人兼数学家一行和政府官梁令瓒建于长安[26][27] 这个擒纵器水钟是个天文数仪器。一行的擒纵器钟仍然是一个水钟，因此会受温度变化的影响。在976年，张思训解决了这个问题。他用汞（水银）取代水，汞在温度下降到摄氏零下39度（华氏零下38度）时，仍然是液体。

天文钟

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主条目：水运仪象台

元祐元年（1086年）苏颂检验太史局的浑仪时，决心要将浑仪、浑象和报时装置结合。苏颂拜访吏部守当官韩公廉，取得张衡、张思训的“仪器法式大纲”。元祐三年（1088年）开始动工，元祐七年（1092年）“水运仪象台”竣工。

水运仪象台是一个类似于天文台，高约12米，宽7米，上下分三层；上层是浑天仪（天体测量之用），中层是浑象仪（天体运行演示），下层是司辰（自动报时器），全程用水力推动，可精确报时，李约瑟指这是欧洲天文钟的直接祖先。苏颂于绍圣初年著《新仪像法要》一书，详述水运仪象台的整体功能、零件150多种，60多幅插图。

水运仪象台原件在靖康之祸（1127年）时，金兵将水运仪象台掠往燕京（北京）置于司天台，在金朝贞祐二年（1214年）因不便运输被丢弃，而南宋时苏携保存的手稿因无人理解其中方法而无人能仿造。