Dobór atomu lub jonu zależy od własności przejścia zegarowego i możliwości eksperymentalnych. Pożądane są przede wszystkim bardzo wąskie przejścia optyczne, możliwość skutecznego chłodzenia laserowego oraz mała wrażliwość na zaburzenia środowiskowe, takie jak pola zewnętrzne czy promieniowanie cieplne. Znaczenie ma także dostępność laserów o długościach fali potrzebnych do wzbudzania, chłodzenia i odczytu.
thumb|Iterbowy zegar sieci optycznej w NIST. Po lewej widoczny jest piec atomowy, a w centrum komora próżniowa, w której atomy iterbu chwyta się i bada za pomocą laserów.
W najlepszych współczesnych zegarach niepewność systematyczna spada poniżej 10−18. Taka precyzja wystarcza już do wykrywania efektów ogólnej teorii względności związanych z niewielkimi różnicami wysokości w polu grawitacyjnym Ziemi.
Historia i rozwój Za kluczowy przełom techniczny w rozwoju zegarów optycznych uznaje się opracowanie femtosekundowych grzebieni częstości, które pozwoliły wiarygodnie połączyć zakres częstotliwości optycznych z mikrofalowym i radiowym. W pierwszych dekadach XXI wieku rozwinięto zarówno zegary sieci optycznej, jak i zegary jonowe. Najpierw dorównały one parametrami najlepszym zegarom cezowym, a następnie je prześcignęły.