기계시계는 14세기 초부터 만들어졌는데, 지금까지 설명한 고대(古代)의 시계와는 달리 동력을 사용한다. 일명 중량시계(重量時計)라고도 한다. 무거운 추를 동력으로 삼고 있으며, 교회 건물 위에 걸어 놓아 건물 전체를 장식하는 동시에 모든 사람에게 시간을 알렸다. 그 후 차차 별 ·달의 운행, 만년력(萬年曆) 등을 표시하여 여러 가지로 복잡하게 만들어 비싼 값으로 팔았다. 1364년 프랑스에서는 찰스 5세가 유명한 독일의 기계기술자인 H.드비크로 하여금 파리에 커다란 대형시계를 제작하게 하였는데, 이 시계는 높이가 3 m나 되며 현존하는 시계 중에서 가장 오래 된 기계시계이다. 이 시계는 드럼에 노끈이 감겨 있고, 노끈에는 추가 달려 있다. 무거운 추의 무게로 드럼이 회전하고 그 회전을 기어장치로 1개의 지침에 전하는 구조이다. 기계시계에서는 기어만으로는 추가 빨리 떨어져 기어가 급회전하게 되므로 기어의 회전력을 억제하여야 한다. 기어의 회전을 억제하는 장치는 회전 도어식과 같이 동작시키는데, 추균형관형 탈진기(錘均衡冠形脫進機)를 이용하고 있다. 톱니같이 생긴 이[齒]를 가진 관형 기어가 추의 힘으로 돌아갈 때 2개의 관형조가 있어 한쪽 조가 관형 기어의 톱니에 물려 있고 다른 조는 벗어나 있다. 관형 기어가 돌아가면 톱니의 뾰족한 곳이 물려 있는 관형조를 밀어올려 이에서 이탈시킨다. 순간 반대쪽 조는 밀려 들어가서 관형 기어를 문다. 이러한 일을 반복하면 기어의 회전이 일정한 시간에 일정하게 돌아간다. 관형 기어와 추관형조 및 추균형바퀴가 일체가 되어 동작한다. 이들을 조속장치라고 한다.
그 후 이탈리아의 G.갈릴레이가 1583년 흔들이운동의 등시성(等時性)을 발견하였고, 이것을 1656년에 네덜란드의 수학자 C.호이겐스가 처음으로 시계에 응용하였다. 이리하여 시계에 흔들이를 응용하기 시작한 다음부터는 그 정밀도가 대단히 높아지게 되었다. 76년 보통 8일 감기의 괘종시계에 사용되고 있는 앵커를 사용한 퇴각식(退却式) 탈진기가 R.후크에 의하여 발명되었다. 그리고 이 탈진기는 싸게 제작되므로 널리 사용되었고 오늘날까지 사용된다. 시계에 분침이 달리게 된 것도 이 퇴각식 앵커 탈진기가 발명된 후부터이다. 1715년 G.그레함은 앵커 탈진기를 개량하여 직진식 탈진기(直進式)탈진기를 발명하였다. 1500년 독일의 P.헨라인에 의하여 태엽이 발명된 후로는 각 부품의 개량과 함께 시계는 점점 정교해지고 소형화되어 운반에 편리한 휴대용 시계가 탄생하였다. 앞에서 말한 탈진기는 진자시계용 퇴각식 탈진기였으나, 휴대용 시계의 탈진기는 레버식 탈진기를 사용하게 되었는데, 이것은 1755년경 영국인 T.머지가 발명한 것이다.
이와 같이 여러 가지 시계가 많은 사람들을 통해 발명되고 개량된 결과 마침내 실용화의 단계에 이르게 되었는데, 정밀도는 하루의 오차가 0.1초 정도가 되었다. 정밀도가 높아지면서 온도변화가 시계에 미치는 영향을 고려할 필요가 있게 되어 1722년 G.그레함이 수은보정진자(水銀補正振子)를 고안하였으며, 26년 J.해리슨이 성질이 다른 두 종류의 금속을 짝지어 온도에 의해 주기(週期)가 변하지 않는 발 모양의 보정진자를 발명하였다. 휴대용 시계는 템포바퀴를 강철과 놋쇠의 두 종류의 금속으로 만들고 두 곳을 절단한 절균형(切均衡) 바퀴와 이중유사를 사용하여 온도변화를 보정하였다. 1896년 C.E.기욤이 온도변화로 생기는 팽창 및 수축이 거의 없는 인바라는 합금(合金)을 발명하였고 이어서 엘린바(elinvar)라는 합금을 발명하였다. 이 합금을 템포바퀴와 유사(游絲:hair spring)에 사용함으로써 온도변화에 따른 시간의 오차가 거의 없는 시계를 만들 수 있게 되었다. 또 비자성합금(非磁性合金)으로 니바록스(Nivarox:탄력이 줄지 않고 녹슬지 않는 금속)가 유명하다. 이렇게 하여 지금의 고정밀도 시계가 탄생하였다.
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