在文明进步和科学技术发展的历史长河中，人类活动所带来的社会需求与时间测量的精度是密不可分的。从古老的日晷、水钟、沙漏等原始计时装置，到工业革命后期出现的机械摆钟、石英表，再到现代科技利用原子超精细结构发明的原子钟，时间测量的精度不断提高。当前地面上投入使用的最准确的原子钟误差已经降到万亿分之一秒/天。如此高精度的计时需求，对电子通信网络、高速交通管理、金融系统安全、电网并网发电等日常活动至关重要。
全世界数十个实验室建立了数百台高精度原子钟，它们共同组成了世界通用标准时间系统，由国际计量局负责保持。卫星导航系统已成为高精度授时服务的主要手段。
原子钟是科学家们利用原子超精细结构跃迁能级具有非常稳定的跃迁频率这一特点，发展出的比晶体钟更高精度的计时装置。自从有了原子钟，人类计时的精度以几乎每十年提高一个数量级的速度飞速发展。
近30年间，随着激光冷却原子技术的发展，冷原子钟使时间测量的精度进一步提高。在地面上，由于受到重力的作用，自由运动的原子团始终处于变速状态，而在空间微重力环境下，原子团可以做超慢速匀速直线运动，基于对这种运动的精细测量可以获得更高精度的原子钟信号。中科院上海光机所的科学家们将激光冷却原子技术与空间微重力环境相结合，发展出空间超高精度冷原子钟。
空间冷原子钟将在轨开展包括激光连续稳频输出、激光冷却原子、原子慢速抛射、超冷原子与微波相互作用、冷原子钟信号产生与传递、高精度光电自动时序控制等前沿科学实验。空间冷原子钟本身具有极高的精度，同时在太空中对其它卫星上的星载原子钟又可以进行无干扰的时间信号传递和校准，从而使得基于空间冷原子钟授时的全球卫星导航系统具有更加精确和稳定的运行能力。
空间冷原子钟的成功将为空间高精度时频系统、空间冷原子物理、空间冷原子干涉仪、空间冷原子陀螺仪等各种量子敏感器奠定技术基础，并且在全球卫星导航定位系统、深空探测、广义相对论验证、引力波测量、地球重力场测量、基本物理常数测量等一系列重大技术和科学发展方面做出重要贡献。