Đồng hồ hạt nhân tương lai sẽ chính xác gấp 100 lần so với các đồng hồ nguyên tử mới nhất hiện nay, góp phần cải thiện chất lượng cho hệ thống định vị, ví dụ như GLONASS (Nga) và GPS (Mỹ). Đồng hồ hạt nhân rất cần cho các hoạt động nghiên cứu khoa học cơ bản, chẳng hạn để kiểm tra thuyết tương đối tổng quát. Dựa vào kết quả thu được, chế tạo máy đo trọng lực phục vụ việc tìm kiếm các vỉa khoáng sản như kim loại đất hiếm, dầu mỏ, khí đốt, phát hiện tàu ngầm và các đối tượng khác.
Nguyên tắc hoạt động của đồng hồ hạt nhân do các nhà khoa học Nga nghiên cứu là việc tính toán các khoảng thời gian thông qua sự thay đổi thường xuyên của ion hạt nhân đồng vị phóng xạ thorium-229. Ưu điểm của đồng hồ hạt nhân ở chỗ hạt nhân bên trong nguyên tử được bảo vệ bởi lớp "áo điện tử", có nghĩa các electron chuyển động quanh hạt nhân, do đó sẽ rất ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài. Điều này làm cho đồng hồ hạt nhân trở nên đáng tin cậy hơn các đồng hồ nguyên tử đang phổ biến hiện nay. Việc đưa ra thành công một tiêu chuẩn đo thời gian mới dưới dạng đồng hồ nguyên tử sẽ hảnh hưởng rõ rệt đến toàn bộ quá trình phát triển của loài người.
Chuyên gia tại Đại học nghiên cứu hạt nhân quốc gia MIFI cho biết, ngoài nhóm của Nga ra các nhà khoa học Đức và Hoa Kỳ cũng tiến gần tới việc chế tạo đồng hồ hạt nhân. Tuy nhiên, đội ngũ làm khoa học MIFI tin rằng họ nắm những lợi thế nhất định.
