计量的发展具有悠久的历史，大体上可以分为原始、经典和现代三个阶段。

原始阶段

以经验和权力为主，大多利用人、动物或自然物作为计量基准。例如，中国古代的布手知足、掬手为升、十发为程、黄钟律管等；相传在大禹治水时，就用了“准绳”和“规”、“矩”等计量器具体；公元前 221 年，秦始皇统一中国后即颁布诏书，建立了全国统一的度量衡制度，其中度制和量制的大部分采用了十进制，并实行定期检定计量器具的法制管理(见中国古代度量衡史)。古埃及的尺度是以人的胳膊到指尖的距离为依据的，称之为“腕尺”(约 46 厘米)。英国的码是亨利一世将其手臂向前平伸，从其鼻尖到指尖的距离(1yd =0.9144m)；英尺是查理曼大帝的脚长(1ft =0. 3038m)；英寸是英王埃德加的 手指关节的长度(lin =25. 4mm)；而英亩则是两牛同轭，一日翻耕土地的面积(1英亩=4.05X103平方米)。

经典阶段

一个以宏观现象与人工实物为科学基础的阶段。标志是 1875 年签订的《米制公约》。包括根据地球子午线 1 /4 长度的一千万分之一建立了铂铱合金制的米源器；根据1m3水在规定温度下的质量建立了铂铱合金制的千克源器；根据地球绕太阳公转周期确定了时间(历书时)单位秒等。它们形成一种基于所谓自然不变的米制，并成为国际单位制的基础。但是这类宏观实物基准随着时间的推移或地点的变动，其量值不可避免的受物理或化学性能缓慢变化的影响而发生漂移，从而影响了复现、保存，并限制了准确度的提高。实际上英国物理学家、数学家J. C麦克斯韦在1870年曾指出，长度、质量和时间应当建立在原子波长、频率和原子质量中，而不是在运动着的星体或物体上。

现代阶段

以量子理论为基础，由宏观实物基准过渡到微观量子基准。国际上已正式确立的量子基准有长度单位米基准、时间单位秒基准、电压单位伏特基准和 电阻单位欧姆基准。从经典理论来看，物质世界在做连续、渐进的宏观运动；而在微观量子体系中，事物的发展是不连续的、跳跃的，也是量子化的。由于原子的能级非常稳定，跃迁时辐射信号的周期自然也非常稳定，因此，跃迁所对应的量值是固定不变的。这类微观量子基准，包括 1960 年用氪 86 原子的特定能级跃迁所定义的米、1967 年用铯 133 原子特定能级跃迁所定义的秒等，提高了SI基本单位实现的准确性、稳定性和可靠性。但是他们仍与某种原子的特定量子跃迁过程有关，因而尚不具备普适性。显然，最好的方案莫过于用基本物理常量 (普适常量)来定义计量单位。例如，1983年将米定义为光在真空中在1 /299792458秒的时间间隔内所行进的长度，即认为真空中光速作为一个定义值恒为299792458米/秒(约为 30 万公里/秒)；而长度事实上变成了时间(频率)的导出量。这种定义通过不变的光速给出了空间和时间的联系，使得新定义的米只依赖于目前测量不确定度最小(10－15量级)的频率，从而具有准确性、稳定性、可靠性和普适性。