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Les fontaines atomiques sont les derniers développements de la technique des étalons de fréquence. Ils utilisent la technique du refroidissement des atomes qui a valu son prix Nobel à C. Cohen-Tannoudji en 1997. En effet, et quel que soit l'étalon considéré, le nombre d'atomes qui subit l'interaction micro-onde est d'autant mieux déterminé que la durée d'interaction de ces derniers dans la cavité est plus important. Afin d'augmenter ce temps d'interaction les atomes sont piégés, confinés, dans six faisceaux lasers concourants afin de réduire le plus possible leur vitesse d'agitation thermique. La physique statistique nous enseigne en effet que la température d'un gaz est proportionnelle à la vitesse d'agitation des particules qui le compose. Si la vitesse est très faible la température correspondante sera très basse d'où le nom de la technique utilisée. Une fois les atomes confinés, ils vont être lancés en direction de la cavité micro-onde, comme dans les étalons classiques, à la seule différence que la cavité est cette fois verticale. La verticalité de la cavité s'impose à cause de la faible vitesse des atomes qui, s'ils effectuaient un vol balistique horizontal, "tomberaient vers le bas". Pour des raisons techniques (homogénéïté du champ magnétique...) la cavité micro-onde n'est pas réalisée en un seul morceau de longueur D à l'intérieur duquel aurait lieu, de façon continue, l'interaction. Dans le cas des étalons à déflexion ou à pompage une cavité dite de Ramsey est utilisée dans laquelle l'interaction a lieu en chacune de ses extrémités qui sont séparées par une distance D. Dans le cas de la fontaine atomique la cavité est encore un peu différente : il n'y a qu'une seule zone dans laquelle l'interaction micro-onde a lieu, mais deux fois de suite, une fois lorsque les atomes vont vers le haut et une fois lorsqu'ils vont vers le bas. La préparation et la détection des atomes de césium se fait comme dans le cas d'un étalon à pompage optique classique. La meilleure fontaine atomique actuellement en fonctionnement dans le monde, FO1, se trouve au Laboratoire primaire du temps et des fréquences, labaratoire du Bureau national de métrologie à l'observatoire de Paris.
