الساعات الذرية العادية هي في جوهرها عدّادات بصرية: فهي تستخدم التحليل الطيفي — وهي طريقة تتيح قياس تردد الإشعاع بدقة عالية عند انتقال الإلكترونات بين مستويات الطاقة. لكن الثوريوم-229 له خاصية: نواته تمتلك حالة مثارة بعمر نصف يبلغ 641 ثانية. في الفيزياء النووية، هذا بمثابة بندول في شراب كثيف — تأرجحة واحدة تستمر دهورًا، لكن إيقاعه مستقر بلا عيب. هذا الانتقال النووي، وليس الإلكتروني، هو أساس الجيل الجديد من الساعات.

عندما تُدمج هذه النوى في الشبكة البلورية، تظهر مشكلة غير بديهية. عيوب الشبكة — وهي عدم تجانس مجهري — تعمل كأرضية غير مستوية: كل «بندول» نووي يبدأ بالتأرجح في مجاله المحلي، ويضطرب إيقاعه. مهمة الفيزيائيين هي تسوية هذه «الأرضية» بكبح تأثير العيوب. إذا نجحوا، ستصل دقة الساعة إلى حد خيالي: خطأ قدره ثانية واحدة على مدى عمر الكون كله. ستتمكن هذه الساعات من رصد تمدد الزمن الثقالي — الفرق في مرور الزمن بين طوابق مبنى — كما ستختبر النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات الأولية — وهو الأساس النظري الذي يصف التفاعلات الأساسية بحثًا عن فيزياء جديدة.