El primer paso para la constitución de un calendario se dio cuando los seres humanos comprendieron que la Luna aparece, crece y mengua de forma periódica y regular. Ajustaron así su medida del tiempo al ritmo lunar, y apareció el mes, basado en las variaciones de forma de la Luna.

Durante miles de años, la Luna rigió el tiempo. Los astrónomos observaron que su ciclo se repite cada veintinueve días y medio, y fijaron así la duración de los meses. Luego, al ver que el ritmo de la naturaleza se repite y que las plantas crecen, florecen, maduran y mueren periódicamente, determinaron ampliar su medida del tiempo uniendo doce meses lunares en un año.

Los antiguos griegos y romanos aún utilizaban el año lunar para calcular el tiempo. Doce meses lunares sumaban 354 días, once menos que actualmente. Faltaban todavía muchos siglos para que los hombres averiguaran la duración exacta de un año tal como lo calculamos hoy, es decir, el tiempo que tarda la Tierra en recorrer la órbita alrededor del Sol. Por lo que, entonces, era preciso añadir 45 días adicionales cada cuatro años para evitar que el ciclo de las estaciones no se desfasara del de los meses.

En el Imperio Romano, las personas encargadas de hacer la división del tiempo aprovecharon estos períodos de ajustes de acuerdo a sus intereses, hasta que se produjo una total confusión, pues cada provincia se regía por las conveniencias de sus gobernantes. Así fueron las cosas hasta el año 46 a.C., en que Julio César ordenó que ese año alcanzara nada menos que 445 días para recuperar todas las diferencias y errores acumulados y, a partir de entonces, se impuso un calendario que estuvo en vigor en Europa hasta 1582.

El calendario Juliano, llamado así en honor de Julio César, tenía 365 días a los que se le añadía un día cada cuatro años. Este día se intercalaba a finales de febrero, el último mes del año por aquel entonces, entre el sexto y el quinto día antes de las calendas de marzo, por lo que se le llamó bisexto día anterior a dichas calendas.

En 1582, los astrónomos decidieron corregir el calendario Juliano, ya que tampoco correspondía exactamente al tiempo que emplea la Tierra en dar la vuelta al Sol. En los dieciséis siglos que se llevaba empleando esta medición del tiempo, se había acumulado un error que sumaba ya diez días.

El Papa Gregorio XIII aplicó la última corrección para dar la forma definitiva al calendario que usamos hoy: al 4 de octubre de 1582, siguió el 15 de octubre, en lugar del cinco, de forma que avanzó el año en los diez días de retraso acumulados desde la promulgación del calendario Juliano.

En términos astronómicos, el calendario juliano se adelanta con respecto al año trópico aproximadamente un día cada 128 años, lo que equivale a 11 minutos 14 segundos de exceso por año. Para el calendario gregoriano, la cifra es de un día cada 3 324 años.

La reforma Gregoriana consistió en eliminar los días bisiestos de cada fin de siglo. Para ello estipuló que los años 1700, 1800 y 1900 fueran de 365 días, a pesar de corresponderles 366. Tan solo el año 1600, el 2000, el 2400 y todos los múltiplos de cuatrocientos, serán bisiestos.

Con todo, todavía queda una diferencia de unos 26 segundos anuales que harán que dentro de unos tres mil años se deba hacer una nueva corrección de un día, pero esto no lo contempla ya el calendario Gregoriano.

Como ya se ha comentado, si observamos el calendario en términos numéricos veremos que la duración de un año trópico es de 365 días, 5 horas, 48 minutos y 46 segundos. Si hubiésemos hecho los segundos, minutos y horas un poco más largos, el año podría tener exactamente 365 días, pero estas unidades están basadas en el día, que es el tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta sobre sí misma.

El problema surge cuando nos damos cuenta que, en una revolución completa de la Tierra alrededor del Sol, no cabe un número entero de vueltas sobre sí misma. En general, los períodos de movimientos de los cuerpos celestes no son nunca divisibles entre sí sin dejar un resto. Así, este remanente de tiempo que excede de los 365 días hasta completar un año, debe ser aceptado y corregido, añadiendo un día extra a determinados intervalos.

La reforma Gregoriana tiene un error de un día cada 3 300 años, 24 veces mayor que una solución propuesta por el Sr. E. Hope-Jones en la revista Horological Journal en abril de 1942.

El Sr. Hope-Jones, tras exponer cómo funciona el calendario Gregoriano, que como ya se ha comentado no es una cosa sencilla, ofreció una solución mucho más exacta y simple: partiendo de nuevo del calendario Juliano, en que cada tres años de 365 días interpone uno de 366, lo que genera un error de 44 minutos y 56 segundos cada cuatro años, propone que cada 128 años, un año que le correspondería ser bisiesto no lo fuera.

Hope-Jones lo prueba con las siguientes operaciones: cada 128 años tendríamos 97 años de 365 días y 31 de 366 días, lo cual nos da un total de (97 x 365) + (31 x 366) = 46 751 días. La duración real del año es de 365,2422 días que multiplicado por 128 nos da 46 751,0016. Es decir, el error es de 0,0016 días cada 128 años, o sea, un día cada 80 000 años, lo que no está nada mal si lo comparamos con la reforma Gregoriana actual.

Paralelamente, si no antes, a medida que se fraccionaban las estaciones del año, se empezó también a fraccionar el día, la unidad de tiempo para elaborar el calendario y, a su vez, el tiempo que se destinaba a las actividades humanas con la luz del Sol. Aunque la división del día en 24 horas, así como también el año de 365 días, fuera seguramente establecida por los antiguos egipcios, la percepción acerca del tiempo de la sociedad griega del siglo V a.C. resulta patente de la lectura de varios escritores griegos y romanos de la época que describen, y dan referencias, de instrumentos identificados como los primeros relojes de sol.

El sistema horario de los griegos era temporal, es decir, que la hora se entendía como la doceava parte del arco diurno recorrido por el Sol, pero como tal arco varía durante el año, la hora también varía. Los romanos, a su vez, heredaron este sistema de división del día de los griegos, hecho que seguramente provocó la implantación de un calendario basado en el tiempo solar en vez de un problemático tiempo lunar. 

Exceptuando el medievo, la técnica de medición de las horas fue evolucionando gracias al auge de la astronomía árabe hasta llegar al Renacimiento, donde se empezaron a construir los primeros relojes mecánicos que no dependían de una referencia astral directa como la del Sol, por lo que y más importante, paulatinamente se pasa de usar la medición basada en el tiempo solar aparente a la que está basada en el tiempo solar medio, este último relacionado directamente con la Longitud terrestre.

Dado que la Tierra gira a una velocidad constante de 360° por día y que los nuevos mecanismos para medirlo lo dividen en 24 horas de 60 minutos y 60 segundos por cada minuto, existe una relación directa entre el tiempo y la coordenada geográfica de Longitud, la distancia angular de un paralelo a partir de un meridiano de referencia, a razón de 4 minutos por grado.

Esta circunstancia confluye en la conferencia Internacional del Meridiano de 1884, donde, fruto de la necesidad de crear un sistema universal sincronizado para el tiempo y la posición, se acuerda determinar un meridiano (de los muchos usados hasta ese día) como Longitud cero común, lo que permite establecer si estamos al Este o al Oeste y crear un estándar de tiempo de referencia en todo el mundo, el meridiano de Greenwich y la hora GMT (ahora UTC).

Además se propuso la creación de 24 husos horarios (1 hora de tiempo son 15º de arco de un paralelo de Longitud). Puesto que la Tierra gira de Oeste a Este, al pasar de un huso horario a otro en dirección Este, hay que sumar una hora. Por el contrario, al pasar de Este a Oeste hay que restar una hora. Este sistema permitió determinar la línea internacional de cambio de fecha (el anti meridiano de Greenwich) y que los distintos países, a medida que fueron adoptando esta convención, pudieran establecer sus respectivas zonas horarias acorde con sus necesidades (la hora oficial o legal).

La hora GMT se basa en la posición media del Sol y fue definida por primera vez a partir del mediodía de Greenwich, pero el 1 de enero de 1925 se adoptó la convención de que la jornada comenzase a la media noche, atrasando aquel día 12 horas y desde entonces el GMT se sigue definiendo a partir de la medianoche de Greenwich.

Al mismo tiempo (nunca mejor dicho), la determinación de la medida del tiempo se fue perfeccionando gracias a que se iban mejorando las máquinas y las técnicas para hacerlo. El Tiempo Universal fue introducido en 1928, reemplazando al GMT, debido a que se detectaron diferentes movimientos inherentes de la Tierra que provocaban varios problemas asociados a la medición precisa de su posición con respecto al Sol.

En aquel entonces, la escala del tiempo se ligaba al período de rotación de la Tierra, que se suponía uniforme, y donde el segundo estaba definido como 1/86 400 del día solar medio. El Tiempo Universal se basa en la medición de la posición de referencias astronómicas diferentes al Sol, lo que conlleva mayor precisión, pero seguía siendo  una escala de tiempo no uniforme, pues en el fondo se basa en la medición del período de rotación del planeta y éste presenta anomalías.

La rotación de la Tierra no es uniforme por múltiples causas (las fuerzas de las mareas, terremotos, las interacciones gravitatorias con el Sol y la Luna, etc.). Para resolver este problema se definió, por un lado, el Tiempo de Efemérides, que se basa en el movimiento orbital de la Tierra alrededor del Sol más que en la rotación de la Tierra sobre su eje. Por otro, con la invención del reloj atómico en 1948, se hizo posible medir el tiempo de manera más precisa e independiente de los movimientos de la Tierra, a través del conteo de las transiciones del átomo de cesio 133, con lo que los físicos asumieron el trabajo de medir el tiempo que hacían los astrónomos.

En resumen, la unidad del segundo es fruto de la duración de un día, un promedio de la rotación de la Tierra que, en un principio, fue respecto al Sol, el tiempo GMT; posteriormente respecto a las estrellas, el tiempo UT y, en la actualidad, respecto a un elemento radioactivo, el tiempo atómico ponderado para UTC.

Con todo, surge una serie de problemas en diversos aspectos de la vida no civil. El tiempo solar medio está hasta más de 16 minutos por detrás del tiempo solar aparente al acercarse al 3 de noviembre y, a mediados de febrero, el tiempo solar medio va más de 14 minutos por delante del aparente.