توالی فصل ها و تأثیر آن بر زندگی انسان ها از زمان های دور، دانش تقویم را به نیازی اصلی برای انسان در تمدن های بزرگ تبدیل کرد. موضوع اصلی تقویم سنجش و اندازه گیری زمان بود و در این میان دانستن مدت روز و داشتن زمان آن بسیار مهم می نمود. حضور خورشید در آسمان و تکرار روز و شب اندیشهٔ ساخت نخستین ابزار برای سنجش زمان را در انسان ایجاد کرد و به این ترتیب ساعت های آفتابی به عنوان اولین ساعت ها ساخته شد و با درک بهتر انسان از کارایی کرهٔ آسمانی پیشرفت بیشتری کرد. براساس نوشته های هرودوت قدمت این ساعت ها به ۵۰۰۰ سال قبل برمی گردد و او ساخت این ابزار را به سومری ها و کلدانی ها نسبت می دهد، اقوامی که در منطقهٔ بین النهرین می زیستند.
بر مبنای مدارک موجود نخستین کسی که به محاسبات نظری ساعت های آفتابی توجه کرد و باعث رواج آن ها شد، آنکسیماندر اهل ملطیه در قرن ۶ پیش از میلاد بود. در این دوران بود که ساعت های آفتابی در نقاط مختلف امپراطوری یونان گسترش یافت. خارج از تمدن یونان، در حدود ۳۴۰ سال پیش از میلاد ستاره شناسی کلدانی به نام بروسوس نخستین ساعت آفتابی کروی را طراحی کرد. در این ساعت آفتابی جذاب شاخص درون نیمکره ای واقع بود که علاوه بر نشان دادن زمان بر حسب یک تقسیم بندی ۱۲ ساعتهٔ طول روز، بلندای سایه و نیز فصل ها را مشخص می کرد.
نخستین ساعت های آفتابی که شاید حتی پیش از این اقوام نیز بوده است، تنها گذر خورشید را از نصف النهار ناظر مشخص می کرد که همان ظهر شرعی است. سومری ها این ساعت را گسترش دادند و اولین نمونه ساعت های آفتابی عمودی را ساختند. در این ساعت ها که ساده ترین نوع ساعت های آفتابی است، یک شاخص عمودی سایه ای بر صفحه ای می اندازد که تقسیم بندی آن نشانگر ساعت های روز است.
ساعت آفتابی وسیله ای است که زمان را با استفاده از مکان خورشید در آسمان می سنجد. معمول ترین نوع ساعت آفتابی از میله ای ساخته شده است که روی صفحه ای قرار دارد و ساعت های شبانه روز روی صفحه نشانه گذاری شده اند. وقتی مکان خورشید در آسمان عوض می شود، مکان سایهٔ میله هم روی صفحه جابه جا می شود و ساعت را نشان می دهد.
بیشتر ساعت های آفتابی تزئینی برای عرض جغرافیایی ۴۵ درجه طراحی می شوند. اگر بخواهیم چنین ساعت هایی را برای عرض های جغرافیایی دیگر به کار ببریم، باید صفحهٔ ساعت را کج کنیم تا محور ساعت (راستای میلهٔ ساعت) موازی با محور چرخش زمین قرار بگیرد و راستایش (در نیم کرهٔ شمالی) به سمت قطب شمال باشد. ساعت های آفتابی معمولی، زمان ظاهری خورشیدی را نشان می دهند. این زمان با زمانی که از ساعت می خوانیم کمی فرق دارد و در طول سال تا حدود ۱۵ دقیقه جابه جا می شود. این ساعت ها تنها ۴ روز در طول سال با ساعت های مکانیکی مطابقت دارند (۱۶ آوریل، ۱۴ ژوئن، ۲ سپتامبر و ۲۵ دسامبر). این پدیده به این خاطر است که راستای محور چرخش زمین به دور خود کاملاً ثابت نیست و زمین هنگام چرخش به دور خود کمی تاب می خورد. ساعت های آفتابی دقیق همیشه جدول یا نموداری در کنار خود دارند که این اختلاف زمان را در ماه های مختلف سال تصحیح می کند. برخی دیگر از ساعت های آفتابی پیچیده نیز با خمیده کردن خط ساعت ها روی صفحهٔ خود یا با روش های دیگر مستقیماً ساعت درست را نشان می دهند.
ساعت شنی یا ماسه ای: از دو حباب شیشه ای چسبیده به هم تشکیل می شده که میان آن، سوراخ باریکی برای رد شدن شن یا ماسه تعبیه می کردند تا شن ها بتدریج از حباب بالا به حباب پایین جمع شود. بعد ظرف را وارونه می کردند و همان عمل تکرار می شد. با معلوم شدن تعداد دفعات جابجا شده شن ها در حباب ها، حدود تقریبی زمان مشخص می گردید.