Многие исследования направлены на то, чтобы сделать часы меньшего размера, дешевле, точнее и надежнее. Эти цели часто противоречат друг другу. Некоторые современные исследования сосредоточены на различных способах захвата ионов. Теоретически один ион, остановленный электромагнитным полем, можно наблюдать в течение очень длительного периода времени, что повышает точность часов при одновременном уменьшении их размера и энергопотребления.
На практике одноионные часы имеют плохую краткосрочную точность, потому что ион много перемещается. В текущих исследованиях используется лазерное охлаждение ионов с оптическими резонаторами для повышения кратковременной стабильности. Большинство трудностей связано с устранением температурных и механических воздействий в резонаторах и лазерах. Ни один из лазеров не предназначен для общего использования. В результате ионная камера очень маленькая, но сопутствующее оборудование все еще громоздкое. Некоторые исследователи разработали часы с различной геометрией ионизационной камеры. Линейные ионные облака обычно имеют лучшую краткосрочную точность, чем отдельные ионы.
В самых передовых системах используются ионы ртути. Некоторые исследователи экспериментируют с другими ионами. Особый изотоп иттербия имеет точную резонансную частоту. Стронций имеет сверхтонкий переход, который не такой точный, но его можно настроить с помощью твердотельных лазеров. Возможно, это приведет к очень дешевым, долговечным и компактным атомным часам.
