1700-luvulla huomattiin, että aurinko ei näytäkään meille tasaista aikaa, vaan aurinko joskus jätättää, joskus edistää, tosin ennakoitavissa olevalla tavalla vain tiettyyn aikaan vuodesta. Epätarkkuus huomattiin keskipäivän hetkistä: aurinko on etelässä välillä vasta kello 12 jälkeen, välillä jo ennen sitä. Ongelman ratkaisua ja täsmällistä ajanmittausta varten tähtitieteilijät kehittivät käsitteen keskimääräinen aurinko eli keskiaurinko. Tämä ihanneaurinko kulki pitkin taivaan päiväntasaajaa ja teki taivaalla yhden kierroksen vuodessa.

Vuonna 1710 Sveitsi hylkäsi ensimmäisenä maana luonnon aurinkoajan ajanmittana ja alkoi käyttää niin sanottua keskiaurinkoaikaa. Suomessa se otettiin käyttöön vuonna 1833, ja samalla almanakan horisontti siirrettiin Turusta Helsinkiin. Keskiaurinkoajan omaksuminen ei kuitenkaan tarkoittanut yhteistä kansallista aikaa, vaan maan eri alueilla saattoi olla käytössä oma, paikallinen aika. Paikalliset ajat oli kuitenkin yhdistettävä niin kutsutuksi normaaliajaksi, kun rautateitä ja lennätinlinjoja alettiin rakentaa. Rautatien varrella olevat paikkakunnat noudattivat siten samaa normaaliaikaa, jotta junien tulot ja lähdöt asemilta sujuisivat ennakoitavissa olevan aikataulun mukaan. Tämä helpotti matkustamista, sillä junamatkat saattoi normaaliajan ansiosta suunnitella etukäteen, ja näin aikaa vapautui turhalta odottamiselta muihin asioihin.

Normaaliajan käyttö yleistyi kuitenkin hitaasti. Britanniassa ensimmäinen rautatieyhtiö Great Western Railway siirtyi marraskuussa vuonna 1840 radoillaan useista paikallisajoista yhteen normaaliaikaan. Normaaliajaksi yhtiö valitsi Lontoon paikallisajan (Greenwich Mean Time, GMT), jota ihmiset tämän takia alkoivat kutsua nimellä rautatieaika (Railway Time). Kaksi vuotta myöhemmin englantilainen meteorologi Abraham Follett Osler (1808–1903) piti Birminghamissa ihmisten nähtävänä yhden julkisen kellon tähtitieteellisen tarkassa ajassa yhdistämällä sen lennättimen välityksellä Greenwichin normaaliaikaan. Myöhemmin useita kelloja kytkettiin kaupungissa toisiinsa kaapelin avulla. Syyskuussa vuonna 1847 normaaliaikaa suositeltiin käytettäväksi kaikilla radoilla. Britannian postilaitos kuitenkin kieltäytyi ottamasta uutta aikaa käyttöönsä. Useimmat julkiset brittikellot kuitenkin noudattivat normaaliaikaa jo vuonna 1855, ja elokuussa vuonna 1880 käytäntö sai mustin kirjaimin kirjoitetun lain, Statutes (Definition of Time) Act, voiman. Aikaa ideasta lakiin kului 40 vuotta.

Yhdysvalloissa edistys tapahtui vieläkin hitaammin. Aikaa ideasta lakiin kului 55 vuotta. Kongressille jätettiin vuonna 1809 muistio, jossa ehdotettiin Washingtonin meridiaanin toimivan Yhdysvaltojen kiintopisteenä. Laivasto piti tärkeänä oman tähtitornin rakentamista, jotta se voisi navigoida operaationsa tarkan aikamerkin ja almanakan avulla, ja vuonna 1844 se vihdoin sai pyytämänsä. Vuonna 1863 yhdysvaltalainen opettaja Charles Ferdinand Dowd (1825–1904) esitti ensimmäisen kerran ajatuksensa aikavyöhykkeistä opiskelijoilleen pitämässään seminaarissa ja toisti esityksensä lokakuussa vuonna 1869 rautateiden ylitarkastajille New Yorkissa. Dowd kirjoitti tämän ehdotuksensa myös pamfletiksi (A system of national time for railroads) vuonna 1870. Siinä hän esitti Yhdysvalloille 4 aikavyöhykettä, jotka olisivat leveydeltään 15 astetta ja joiden aikaero olisi 1 tunti. Kiintopisteenä, ensimmäisenä aikavyöhykkeen keskellä kulkisi Washingtonin meridiaani. Vuonna 1872 Dowd muokkasi ehdotustaan vielä siten, että ensimmäisen aikavyöhykkeen keskellä kulki 75. pituuspiiri Greenwichistä länteen. Esityksen mukaan rautatiet noudattaisivat aikavyöhykkeen mukaista aikaa, rautatieaikaa, kaupungit paikallisaikaa. Rautatieläiset hylkäsivät tämän ehdotuksen.

Suomessa ensimmäinen rautatie avattiin vuonna 1862 Helsingin ja Hämeenlinnan välille, ja jo vuoden 1864 aikataulu kerrottiin minuutin tarkkuudella. Virallisena rautatieaikana toimi Helsingin paikallisaika, josta puolenpäivän hetki ilmoitettiin Tähtitorninmäellä pudottamalla Helsingin yliopiston tähtitornista aikapussi tankoa pitkin alas. Tätä tähystettiin Helsingin rautatieasemalla, ja lennättimen avulla ajanhetki välitettiin edelleen muille asemille. Sumuisella tai sateisella säällä keskipäivän hetki ilmoitettiin Katajanokan rannasta ammutulla tykinlaukauksella.

Ajanmittaukseen maapallo pyörii akselinsa ympäri liian epätasaisesti eikä ole niin tarkka kello kuin mitä oli toivottu. Esimerkiksi, 2017 vuotta sitten vuorokausi oli 0,027 sekuntia lyhyempi kuin nykyisin. Ajan mitaksi päätettiinkin vuoden 1960 mittakonferenssissa (Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM) ottaa vuorokauden sijasta maapallon kiertoaika auringon ympäri. Tämä tähtitieteellinen sokkeli kuitenkin mureni nopeasti ja korvattiin atomifysiikan mittavälineillä jo vuonna 1967. Silloin CGPM-konferenssi sopi, että aikaa lasketaan nollakelvinasteisen, lepotilassa olevan cesium-133-atomin värähtelystä. Sekunnissa tällainen atomi värähtelee 9 192 631 770 kertaa.