ดาวในท้องฟ้าในเวลากลางคืนช่วยบอกทิศทางให้เขาได้ดีกว่าแต่ก็คงเป็นเวลานานมากกว่าที่มนุษย์ในยุคนั้นจะค้นพบวิธีใช้ดาวช่วยบอกทิศทางเมื่อเขากลับจากการล่าสัตว์แล้วเขาคงมานั่งอยู่ปากถ้ำที่อาศัยเฝ้าดูท้องฟ้าเห็นดาวเป็นกลุ่ม ๆ ซึ่งพอสังเกตจดจำได้เคลื่อนที่ไปบนท้องฟ้าทำนองเดียวกันกับที่เราเห็นดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ในเวลากลางวันแต่เขาสังเกตเห็นมีกลุ่มดาวเปลี่ยนที่รอบจุดคงที่จุดหนึ่งทางด้านหนึ่งของท้องฟ้า (คือด้านเหนือของท้องฟ้า) ในกลุ่มนี้มีดาวสว่างดวงหนึ่งซึ่งเรารู้จักกันในเวลานี้ชื่อว่า โพลาริส ซึ่งดูเหมือนอยู่กับที่เดียวตลอดคืนต่อ ๆ มาก็เห็นอยู่อย่างคืนก่อนในซีกโลกเหนือเขาแลเห็นจดจำดาวดวงนี้ได้ง่ายเป็นที่หมายอย่างดีอยู่ในกลุ่มดาวที่สว่าง ๗ ดวง ซึ่งเรียงเป็นรูปคล้ายไถ และ มีกลุ่มดาวอีกกลุ่มหนึ่งซึ่งมีรูปคล้ายไถที่ใหญ่กว่ากลุ่มที่กล่าวมาเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ดาวโพลาริส และ เขาใช้ดาวสองดวงในหมู่ดาวไถกลุ่มใหญ่ที่หัวไถช่วยเล็งแนวทางไปยังดาวโพลาริสเมื่อเดินทางไปทางดาวโพลาริสก็หมายถึงเขาได้เดินทางไปทางเหนือ

ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และ ดาว ไม่เพียงแต่จะเป็นที่หมายทิศทางแต่ยังเป็นเครื่องบอกเวลาด้วยระหว่างเวลากลางวันตอนเช้าผู้ที่ห่างซีกโลกเหนือเห็นเงาของสิ่งต่าง ๆ ทอดไปทางตะวันตกแล้วเงาค่อยสั้นลงจนถึงดวงอาทิตย์อยู่สูงสุดในเวลาเที่ยงเงาจะสั้นที่สุดตอนบ่ายเห็นเงาทอดไปทางตะวันออกยาวขึ้น ๆ จนเย็นเมื่ออาศัยความยาวของเงาเขาสามารถประมาณเวลาของวันได้

เวลากลางคืนเขาสังเกตดวงจันทร์เมื่อเต็มดวงอยู่ในฟ้าสูงสุดตอนกึ่งเวลาของกลางคืน

ผู้ที่มีความสังเกตดีสามารถประมาณเวลาในเวลากลางคืนได้โดยติดตามกลุ่มดาวบางกลุ่มที่เคลื่อนที่ไปรอบดาวโพลาริส

ในการวัดคาบเวลาที่นานกว่าวันเขาอาศัยดวงจันทร์ดวงจันทร์เปลี่ยนหน้าที่สว่างเป็นเสี้ยวซีก และ เต็มดวงตั้งแต่มืดหมดดวงไปจนสว่างเต็มที่ และ ค่อย ๆ เว้าแหว่งลดลงเป็นเสี้ยวซีก และ กลับมืดไปอีกแล้วกลับมาให้เห็นเป็นเสี้ยวซีก และ เต็มอีกเขาวัดดูคาบเวลาระหว่างเวลาซึ่งสว่างเต็มที่ คือ ดวงจันทร์เต็มดวงมาถึงดวงจันทร์เต็มดวงอีกครั้งหนึ่งได้ประมาณ ๒๙ - ๓๐ วัน ๑๒ ครั้ง เป็นประมาณ ๓๖๐ วัน นับเป็นหนึ่งปีโดยประมาณ และ สามารถบอกเวลาฤดูกาลต่าง ๆ ภายในคาบเวลาหนึ่งปีได้นับได้ว่าเป็นการตั้งต้นรวบรวมคาบเวลาเป็นรูปปฏิทิน

มนุษย์ในยุคโบราณรู้จักความแตกต่างกันระหว่างกลางคืน และ กลางวัน และ บางทีก็เป็นการพอเพียงแล้วสำหรับเขาแต่เมื่อชีวิตประจำวันมีความซับซ้อนมากขึ้นการรู้เวลาอย่างแน่นอนเป็นเรื่องสำคัญมากขึ้นเรื่องที่เราบอกเวลาได้อย่างไรเป็นเรื่องของความเจริญก้าวหน้านั่นเอง

เมื่อเราทดลองทายเวลาเราจะเห็นว่าไม่ใช่ทำได้ง่าย ๆ เมื่อดวงอาทิตย์อยู่สูงในท้องฟ้าเราก็รู้แต่เพียงว่าเป็นเวลาใกล้เที่ยงวัน

ในสมัยก่อนที่จะมีนาฬิกาเชิงกลใช้การวัดเวลาได้อาศัยเงาต้นไม้หรือเสาใช้หมายตำแหน่งดวงอาทิตย์โดยทำที่หมายไว้บนพื้นดินซึ่งจะเห็นเงาทอดลงมาแบ่งเวลากลางวันออกเป็นชั่วโมง ๆ กันเรียกว่านาฬิกาแดดต่อมาได้มีการใช้ท่อนโลหะหมายเงาบนพื้น หินหรือโลหะ

เวลากลางคืนไม่มีเงาดวงอาทิตย์ชาวอียิปต์โบราณใช้ภาชนะใส่น้ำมีรูเล็ก ๆ เจาะไว้ ให้น้ำไหลออก และ ทำขีดที่หมายไว้ที่ภาชนะนั้นเมื่อน้ำไหลออกไประดับน้ำค่อย ๆ ลดลงจากขีดที่หมายไว้เบื้องบนถึงขีดที่หมายไว้ต่ำลงมาเป็นลำดับเป็นวิธีบอกเวลาที่ผ่านไป

หน้าปัดนาฬิกาโดยมากมีเลขลำดับบอกชั่วโมงจาก ๑ ถึง ๑๒ และอ่านเวลาเป็นเช้า (ante meridian, A.M. หรือก่อนเที่ยง) หรือบ่าย (post meridian, P.M.หรือหลังเที่ยง) นาฬิกา บางเรือนมีเลข ๒ สำรับ สำรับหนึ่งจาก ๑ ถึง ๑๒ สำรับสองจาก ๑๓ ถึง ๒๔ เลข ๑๓ อยู่ใต้เลข ๑ เลข ๑๔ ถัดเลข ๒ ฯลฯ เลขเหนือ ๑๒ ขึ้นไปชี้บอกชั่วโมงบ่ายและค่ำ

นอกจากน้ำเขาใช้ทรายให้ไหลเทลงจากภาชนะส่วนบนมาส่วนล่างกำหนดเวลาเป็นชั่วโมง ๆ ได้

การใช้เทียนไขเผาไหม้ลงไปหมายบอกเวลาก็มีใช้กันเป็นเวลานานนาฬิกาแบบใหม่เดินด้วยลูกตุ้มน้ำหนัก เชิงกล และ ไฟฟ้า

นาฬิกาลูกตุ้มน้ำหนัก 

นาฬิกาลูกตุ้มน้ำหนักตามปกติไม่มีสปริงน้ำหนักติดต่อด้วยเชือกพันรอบแกนรูปทรงกระบอกเมื่อน้ำหนักเลื่อนลงแกนนั้นก็หมุนแกนติดต่อกับระบบเกียร์เหมือนกับที่ใช้กับนาฬิกาสปริงเครื่องเชิงกลในการสับปล่อยบังคับด้วยลูกตุ้มแกว่งไปและกลับในอันตรภาคเวลาที่สม่ำเสมออัตราการแกว่งปรับโดยเลื่อนลูกตุ้มน้ำหนักขึ้นหรือลงอัตราการแกว่งจะกำหนดอัตราเร็วของนาฬิกา

นาฬิกาเชิงกล

พลังงานที่ใช้ในการเดินของนาฬิกาเชิงกล (mechanical clock) มาจากการเลื่อนลงของตุ้มน้ำหนักหรือจากการที่สปริงซึ่งขดไว้คลายออกนาฬิกาสปริงใช้กันมากเพราะมีรูปร่างกะทัดรัด และ วางบนพื้นที่ไม่ได้ระดับก็ได้นาฬิกาเชิงกลมีชนิดที่เดินแม่นยำมากแต่เดินค่อนข้างเสียงดังและต้องไขลานเป็นคาบ ๆ บางเรือนต้องไขทุกวันบางเรือนไขวันละ ๘ ครั้ง บางเรือนไขเพียงครั้งเดียวในปีหนึ่ง

นาฬิกาสปริง 

สปริงใหญ่ซึ่งให้พลังงานไขขดไว้แน่นตามปกติไขด้วยมือมีบางชนิดที่ใช้ไขด้วยเครื่องยนต์ไฟฟ้า และ บางชนิดไขเพียงการเคลื่อนไหวของมือ เช่น นาฬิกาข้อมืออัตโนมัติเมื่อสปริงที่ไขขดเข้าไว้คลายออกก็หมุนท่อนแกนซึ่งโยงกับพวกเกียร์ที่ติดต่อกับเข็มนาฬิกาทำให้เข็มนาฬิกาเดิน
 

ในการบังคับอัตราเร็วการคลายตัวของสปริงที่ขดไว้ไม่ให้หมดทันทีทันใดแกนสปริงมีการโยงต่อผ่านเกียร์กับล้อเครื่องเชิงกลสับปล่อย (escapement mechanism) ที่มีฟันรอบ ซึ่งมีคานยึดเหนี่ยวให้อยู่นิ่งที่ปลายทั้งสองข้างของคานมีขอซึ่งสับลงที่ล้อเชิงกลนั้นคานติดต่อกับล้อสมดุล (balance wheel) ที่ติดต่อกับสปริงผมซึ่งขดเข้าและคลายออกในอัตราที่สม่ำเสมอกัน

สปริงผมทำให้ล้อสมดุลแกว่งไปและกลับด้วยอันตรภาคที่สม่ำเสมอ คานสับ แกว่งไปด้วยกับล้อสมดุล สับ และ ปล่อยล้อฟันเชิงกลเมื่อขอปล่อยล้อนั้นเป็นอิสระก็ทำให้สปริงใหญ่คลายขดออกเมื่อขอสับการคลายก็หยุด

นาฬิกาไฟฟ้าสำหรับบ้านเดินด้วยเครื่องยนต์ไฟฟ้าเล็ก ๆ ใช้กระแสไฟฟ้าสลับเพลาเครื่องยนต์ต่อเนื่องกับเข็มทางเกียร์สำรับหนึ่งเกียร์เหล่านี้จัดทำขึ้นให้เข็มชั่วโมงเดินครบรอบหนึ่งทุก ๑๒ ชั่วโมง เกียร์เข็มนาทีเดินรอบหนึ่งทุกชั่วโมง และ เข็มวินาทีเดินรอบหนึ่งทุกนาทีความเร็วของเครื่องยนต์มีการบังคับด้วยความถี่ของกระแสไฟฟ้า (คือจำนวนครั้ง ที่กระแสเปลี่ยนทิศทางในหนึ่งวินาที) ในประเทศไทยใช้ความถี่ ๕๐ รอบ ต่อ ๑ วินาที นาฬิกาไฟฟ้าแบบนี้จะหยุดเมื่อกำลังไฟฟ้าไม่มี

นาฬิกาไฟฟ้าอีกแบบหนึ่งไขลานด้วยเครื่องยนต์ไฟฟ้าแต่มีส่วนประกอบเชิง เครื่องกล ส่วนมากเป็นนาฬิการถยนต์ และ นาฬิกาหอคอย