產生時間意識并借助某種器具確定自身在時間中的位置，是人類文明進入成熟的標志之一。這種幫助人類確定自身時間位置的器具，就是報時儀器。
最初，華夏先民根據太陽在天上的位置判定時間，但人眼直接觀察太陽不方便，就在平地上立一根桿子，通過其影子的長短變化來確定時間?！吨荀滤憬洝分姓f伏羲“日中立桿測影”，就是對這種歷史的記錄。這就是最原初的報時儀器。
后來，人們又在桿子周圍的地面上畫一些線條，根據桿影落在這些線條之間的位置來更直觀地讀取時刻。這根立在地上的桿子叫作表，畫在地面上的線條叫作圭，合起來稱為圭表?，F在把報時儀器叫作“鐘表”、“手表”，即源之于此。
之后，圭表發展成為功能不同的兩種形式：一種由垂直于地面的桿和正南正北方向平放、標有刻度的長方形板組成，用以專門測量正午日影線，根據正午日影線的長度變化測量一年是多少天和二十四節氣，仍稱為圭表，是專用的天文儀器；另一種由標有刻度（后來標為子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二時辰）的圓盤和垂直立于圓盤中央的針桿組成，根據桿影在盤面的位置來確定白天的具體時刻。這種圓盤和針桿的組合稱為日晷，是專門的報時儀器。
日晷報時受天氣限制，又無法用于夜間，因此古人又發明了另一類報時儀器漏刻。
漏刻，在不同的時期、不同的場合又有漏、漏壺、挈壺、刻漏、水鐘、銅壺滴漏等名稱。《隋書·天文志上》說：“昔黃帝創觀漏水，制器取則，以分晝夜。”南北朝時期梁代的《漏刻經》記載：“漏刻之作，蓋肇于軒轅之日，宜乎夏商之代。”說明漏刻起源于黃帝時代，夏商時期得到了大發展。漏刻是利用均勻水流導致的水位變化來顯示時間的。
日晷和漏刻，成為華夏先民主要的兩種報時儀器。
歷史上，先后出現過晷盤水平安放的地平式日晷（如內蒙古出土的秦漢時代日晷）、晷盤與赤道面平行的赤道式日晷（唐代即出現，南宋曾敏行著《獨醒雜志》卷二詳細記載）、形狀如鍋的球面日晷（《元史-天文志》記載郭守敬發明的仰儀）等。不論日晷如何發展，其基本原理都是通過桿（表）影在盤面上的位置報告時間，同時更多地用于天文觀測。
漏刻更便于在人們的生活中使用。早期的漏刻大概就是一只簡單的壺，壺的底部開一小口，通過觀察壺中水面高度的變化來估測時間。這可稱為單壺式泄水型漏刻。
后來，為便于觀察，古人將一根刻有時刻標記的箭桿插入壺內，通過觀察箭桿被水面浸沒的情況來讀出時刻。這被稱為淹箭漏刻。后世漏壺中用來標志時刻的木條都稱為箭。箭的使用，使得漏刻具備了類似現今鐘表上的時針和表盤那樣的報時系統。
淹箭漏刻又發展成浮箭漏刻：另設一壺收集漏壺所排出的水，在這個壺中放一木塊，將箭插在木塊上，隨著壺中水位的上升，箭露出壺外的部分也逐漸增加，這樣，通過觀察箭露出壺外的長度，就可以直觀顯示時間流逝的長短。宋代楊甲編著的《六經圖》記載了浮箭漏刻最原始的形式（見下圖)，圖中左側的火炬是在冬天為防止漏壺中的水結冰而采取的防護措施。浮箭漏產生的時間大致是在漢武帝時期。這個時期也開始把漏刻作為天文報時儀器，《后漢書·律歷志》曾經寫道：“孔壺為漏，浮箭為刻，下漏數刻，以考中星，昏明生焉。”所說的就是浮箭漏刻在天文工作中的應用。
為了提高報時精度，人們又把一個泄水壺和一個受水壺構成的單級漏刻發展成多級漏刻：
先是二級漏刻，由兩個泄水壺和一個受水壺組成。東漢著名科學家張衡曾記錄當時二級漏刻的使用情況：“以銅為器，再疊差置，實以清水，下各開孔。以玉虬吐漏水入兩壺，左為夜，右為晝。”（唐代徐堅《初學記》）這表明至少在東漢時，二級漏刻已經發明出來了。
以后又出現了有三個泄水壺連用的漏刻。晉代孫綽的《漏刻銘》最早記載了三級漏刻的情況：“累筒三階，積水成淵，器滿則盈，承虛赴下。”所謂“累筒三階”，就是指三個連用的圓形泄水壺。
唐代工匠呂才制造了一種四柜式的漏刻，將漏壺的數量從晉代出現的三個又增加到了四個。
宋代人發明了一種利用水漫流技術以保持泄水容器水位恒定的蓮花漏。（如下圖）
之所以叫蓮花漏，是因為其受水壺的壺蓋上有金色的蓮花形飾物。蓮花形飾物的中心有孔，刻有時刻標志的木箭通過該孔放入壺內，隨壺內水面的升降而沿孔上下移動。從結構上看，蓮花漏類似一套二級漏壺，它比普通二級漏壺的改進之處在于，在第二級泄水壺（亦即圖中所謂的“下柜”）之側設有“銅節水小筒、竹注水筒、減水盎”三物。圖中缺少“銅節水小筒”，該筒應上接下柜，下連“竹注筒”。上柜的水通過“渴烏”（即虹吸管）流入下柜，下柜的水通過第二只“渴烏”流入箭壺。在設計上，上柜“渴烏”的口徑較大，于是在相同時間內由上柜流入下柜的水要比下柜流出的多，這樣到一定時間，下柜多余的水就會從柜沿特別開設的水槽中漫流出來，漫流的水由“銅節水小筒”經“竹注水筒”流入“減水盎”，如此就保持了下柜水位的恒定。這就是名嘈后世的蓮花漏的漫流系統。漫流系統的建立，對于保持下柜水位穩定，提高計時精度，起到了重要作用。這套設計廣泛為后世漏刻所采納。
宋代科學家沈括創制造了熙寧晷漏，還著有《浮漏儀》流傳于世，成為中國古代論及漏刻最詳、最完整的一部重要文獻，對后人了解漏刻結構及消除誤差的各種措施提供了翔實可靠的文字資料。
唐宋時期民間常用的漏刻還有盂漏、田漏、船漏等。
盂漏由大小兩只銅盂組成，大盂盛水，小盂則放在大盂水面上，底部鉆一針眼大小圓孔，利用小孟本身的重量作用讓水涌入盂底孔內而逐漸下沉，水位逐漸提高直到小孟沉沒。經實驗證明，孟漏十二小時后下沉的時間內，誤差小于十五分鐘，已能滿足民間報時的需要。
田漏是一種農家常用的報時器具，據古籍記載，它是以日晷或圭表來校驗泄水壺中一晝夜流出的水量是否與今日午至明日午圭表所示日影位置相合。說明田漏報時是以天文測時來校準的。
唐宋漏刻還被用在船泊上。詩人杜甫曾在《宿青草湖》中詠到：“洞庭猶在目，青草續為名。宿槳依農事，郵簽報水程。”“郵簽”就是漏箭，行船時用以報時。從詩中還可以知道，當時已用漏刻來計算航程。當船工掌握了不同情況下的航速后，再計量了航行的時間，就可以計算出航程了。
為了提高報時精度，古人不但在漏刻的構造上下功夫，競相革新，而且還采取各種措施，努力從主客觀條件上加以改進。例如漏刻用水，規定要專井專用，這樣可保持水質、水溫等因素的穩定。還要將漏刻置于密室，使其工作環境穩定，盡量減少溫度變化對流量的影響。另外，在制作漏壺時，對結構和材料的選擇也十分慎重，管理上則要求十分嚴格。
正是由于華夏先民的持續改進，漏刻在古代中國得到了高度的發展，其報時準確度達到了令人驚奇的地步：據古籍記載，東漢以后相當長的一段歷史時期內，漏刻的日誤差很多在一分鐘之內，有些甚至只有二十秒左右。
南北朝時北魏李蘭還發明了秤漏，通過漏水的重量和體積來確定時間，即“漏水一升，秤重一斤，時經一刻”（一斤水對應的一“刻”，相當于今天的14.4分鐘）。報時的精度還可以隨著秤的精度而提高。
在分別發展日晷和漏刻的同時，古人還把日晷和漏刻結合起來，發展出具有報時功能的天文儀器。
西漢時，張衡設計制造了“水運渾象”。據《晉書·天文志》記載：“至順帝時，張衡又制渾象，具內外規、南北極、黃赤道，列二十四氣、二十八宿、中外星官及日月五緯，以漏水轉之于殿上，室內星中出沒與天相應。因其關戾，又轉瑞輪蓂莢于階下，隨月虛盈，依歷開落。”這就是天文學史上有名的張衡水運渾象。
從《晉書》的記載以及其他相關史料中可以知道，這架渾象的主體是一個象征天體的銅制圓球，圓球上標出了對應的南北天極，畫出了天赤道、黃道，在黃道上標出了二十四節氣的位置，還在圓球上標出了許多恒星的位置，并且用一些可以移動的標志來表示太陽、月亮和金、木、水、火、土五大行星。渾象放置在密室中，用漏壺中流出的水作為動力推動它運轉，以之模擬天體運動。根據太陽在渾象上的位置，不但能知道當時所處的節氣，還可以大體知道所處的時刻，表明它已經具備了與機械鐘表類似的功能。渾象制成以后，張衡令操作人員在室內關門閉戶，大聲報告渾象上所顯示的天體運動情況，同時外面的人對天體進行行實際觀測，以與渾象上顯示的結果相比對，結果是：“旋璣所加，某星始見，某星已中，某星今沒，皆如合符。”可見該渾象基本能夠正確反映天體運動實際情況，因而就能保持一定的報時精度。
張衡這臺渾象還連接著一個叫作“瑞輪蓂莢”的裝置，通過蓂莢的開合向人們顯示具體的日期。所謂蓂莢，是傳說中生長于唐堯時期的一種植物，它從朔望月的每月初一開始每天長出一莢，到第十五日共長出十五莢，從第十六日開始又每天落下一莢，到月底全全部落完，如果逢到小月，最后一莢就會只枯焦而不落下，因此它相當于一種天然日歷。張衡把這種傳說中的植物移植到水運渾象上去了，使之成了一種具有自動日歷作用的機構。由此，張衡的水運渾象在某種程度上與現代帶有日歷的鐘表是相似的。
張衡制造的水運渾象儀是現今見諸于記載的第一臺用水力發動的天文儀器，對后代的影響很大。此后歷代大多是在它的基礎上發展出更復雜、更完善的天象表演儀器和天文鐘的。三國時東吳的王蕃、葛衡，南北朝時期劉宋的錢樂之，梁代的陶弘景，隋代的耿詢等，都模仿制作過水運渾象。
唐開元十三年，僧一行和梁令璜等人合作制成了水運渾天儀。渾天儀為銅質球形，球體渾象內列滿了星宿，注水沖輪使它旋轉，自轉一周為一晝夜。外圍安置兩個圓環，上綴日月，每日西旋一周，日東行一度，經三百六十五日沿黃道（太陽在天球中的視運動軌道）移動一周為一年；月標每晝夜回轉一周，經二十九日半沿白道（月球在天球中的視運動軌道）移動一周為一月。根據渾象上太陽的周日運動便可以得知當時的具體時刻。
這臺水運渾天儀內部結構非常復雜，《新唐書·天文志》說它“皆于柜中各施輪軸，鉤鍵關鎖，交錯相持”，這表明它使用了復雜的齒輪傳動機構?！缎绿茣?middot;天文志》還說它“立木人二于地平上，其一前置鼓以候刻，至一刻自擊之；其一前置鐘以候辰，至一辰自撞之”，說明它能夠自動報出時刻和時辰。由以上可以知道，它的內部運轉結構和報時方式是近代機械鐘表的雛形。
宋代在水運渾天儀的制造方面又有了新的發展。
北宋太平興國四年，民間天文學家張思訓設計制作了一臺渾象?！端问?middot;天文志一》詳細記載了該渾象的結構及功能：“起樓高丈余，機隱于內，規天矩地。下設地輪、地足；又為橫輪、側輪、斜輪、定身關、中關、小關、天柱；七直神，左搖鈴、右扣鐘、中擊鼓，以定刻數，每一晝夜周而復始；又以木為十二神，各直一時，至其時則自執辰牌，循環而出，隨刻數以定晝夜短長……”
從上述記載來看，張思訓所制渾象結構相當龐大，它的所有機械裝置都隱藏在渾象里邊。渾象用一個大圓球象征天，圓球的一半被矩形的外柜所遮蔽，柜子代表地。它所能表現的各種天體運行情況與一行、梁令璜的水運渾天儀相仿。
在報時系統上張思訓又向前發展了一步，他用了七個木偶神像來搖鈴、敲鐘、擊鼓，以音響信號報刻。同時又設計了十二個木偶神像，讓它們分別抱著寫有十二個時辰之一的時辰牌，每到一個時辰，抱有相應時辰牌的木偶神像就自動出現，直到下一時辰才消失，而抱有下一時辰牌的木偶神像則隨之露面，這樣周而復始，循環反復，只要看時辰牌就可以知道當時的時辰。這種將音響報時與時辰牌顯示相結合的方法，既形象又直觀，是張思訓的首創。
此外，張思訓還考慮了水的黏滯系數受溫度變化影響而造成漏刻排水量不穩定的情況，他認為冬天氣溫低，水的黏滯性大，這就導致漏壺泄水速度下降，而渾象是用漏壺泄出的水帶動的，這就容易造成其報時“寒暑無準”現象的發生。為了解決這一問題，他用水銀代替水，取得了較好的效果。今天看來，水銀黏滯系數受溫度變化影響不大，氣溫低時也不易凝結，因此用水銀代替水，應能取得好的效果。但水銀易蒸發為汞蒸氣，而汞蒸氣對人體有害，加之用水銀成本也比較高，因此后世渾象未再見有以水銀為動力源的。
北宋元佑七年，吏部官員蘇頌、韓公廉設計制造了一座規模宏大的水運儀象臺，是一座兼測天體運行、演示天象變化和報告時辰為一體的巨型天文機械裝置。蘇頌還為這座水運儀象臺寫了《新儀象法要》，通過這部敘說詳細、圖文并茂的著作，可以大致了解該儀器的結構、原理和功能。
蘇頌水運儀象臺共分三層：上層安放渾儀，這是一種天文測量儀器，也可以用于測時；中層安放渾象，用于模擬天體運動情況；下層是報時系統。整座水運儀象臺用一套漏壺中泄出的水作為動力，儀象臺內部安裝了復雜的機械傳動裝置，通過漏壺中泄出的水的推動，使渾象所演示的內容大致與實際天象符合，并通過下層的報時系統將相應的時間報出。
水運儀象臺的報時系統相當完善，它被分為五部分，置于五層木閣之中。第一層用聲響報時：在木閣上開了三扇門，左側門內的木偶通過搖鈴報告每個時辰的時初，右側門內的木偶通過撞鐘報告每個時辰的時正，中間門內的木偶則是用來報告刻數的，每到一刻，它就自動敲鼓。第二、三層木閣則通過木偶以時牌報時：第二層共安裝了二十四個木偶，分別持有書寫了十二個時辰的時初和時正的木牌，每到相應時間，手拿時牌的木偶就會出現在這層木閣的一扇小門內，使人一目了然；第三層木閣則安裝了九十六個手持報刻牌的木偶，輪流出現在相應的小門內，報告當時的具體刻數。木閣的第四、五層則專門用來報告夜間時刻：第四層通過木偶敲鉦報告更點，第五層則通過木偶手持夜時牌來報告具體的夜間時刻。蘇頌水運儀象臺不僅吸取了張思訓渾象聲響報時與時牌報時的長處，還增加了夜間報時，豐富了報時內容，這使其報時部分的功能更為完善，使用起來也更方便了。
蘇頌儀象臺用同一套漏壺中泄出的水構成水力驅動系統，包括提水、注水、回水機構和樞輪等部分，讓水周而復始均勻流動，并驅動樞輪（原動輪）運轉。全部齒輪從六個傳動到六百個。樞輪直徑十一尺（約3.4米），頂部附設一組杠桿裝置，相當于近代機械鐘表中的擒縱輪機構，可控制樞輪作定速轉動。
報時裝置稱晝夜機輪，由傳動齒輪與所有報時齒輪和渾象關聯，是五層木閣式建筑。木閣中有一百五十八個木人，分別定時打擊著不同的樂器（鐘、鼓、鈴、鉦）和抱著時辰木牌循環出入自動報時。
蘇頌儀象臺是世界上最早制成的融測時、守時和報時為一體的綜合性授時儀器。
元代時，郭守敬制造出大明殿燈漏，它是一個外形像燈籠球、用水力推動的機械報時器，上面布置有能按時跳躍的動物模型（近代歐洲機械鐘表上附加種種表演機械的做法，由此而來）。它整體分為機械傳動結構和燈球兩部分，報時的動力和齒輪系等構件全部“隱于柜中，以水激之”，動力機構與水運儀象相似。燈球部分較為復雜，共分四層，雖然沒有演示星空運行的內容，但在第一層仍保留有日、月、參、辰周日運行的痕跡。第二層為“龍虎鳥龜之象”，每至一刻，動物模型分別跳躍，同時還以音響報時。第三、四層也是報時的機構，每至一個時辰就有手拿相應報時牌的木人出來通報，其形式也與水運渾象相類似，但配以不同音響，即采用分別敲擊鐘、鼓、鉦、饒四種樂器來報告各個時刻的方法，比以往的報時器更為巧妙，更為完美。這是一臺用漏壺中流出來的水驅動的純粹的機械鐘表。
在前代機械裝置的基礎上，明代出現了沙漏報時儀器。據《明史》記載：“明初，詹希元以水漏至嚴寒水凍輒不能行，故以沙代水。”沙漏是由沙池、斗輪（初輪）、減速齒輪和時刻顯示四部分組成。沙池底部有一個小孔，用來貯放和漏出細沙。斗輪的周圍均勻地分布著十六個沙斗，當沙池中漏出的細沙注入其中一個沙斗時，便會導致斗輪重心傾斜而轉動，從而帶動四對分別為六齒和三十六齒組成的減速齒輪組，第四個齒輪（中輪）的軸則穿出一只盤面刻有十二時辰和晝夜百刻標志的報時盤盤心，立軸上端裝有指針，沙漏運行時，指針也就相對于報時盤而旋轉。從沙池漏出的沙流推動斗輪經過齒輪減速組，使最后一只齒輪帶動的指針在一天中恰好旋轉一周。沙漏的輪與沙池皆藏在機腹，唯盤露出機面，兩旁各立一黃衣童子，一擊鼓，一鳴鉦。這個沙漏除了動力系統外的大部分，已經與現代機械鐘基本一致了。
至此，人類報時儀器的內部傳動機械與外部報時方式（聲響報時和指針報時）已經趨于完善，只要把水流或沙漏的動力產生方式改進為其它更穩定的方式（比如后來機械鐘表的帶簧（發條）或重錘方式），就能夠制造出體積更小、更便于攜帶的報時儀器了。
由于滿清入關后對明朝檔案、書籍的大規模禁毀、篡改，目前無法確知有明一代在報時儀器方面走到了哪一步，但可以確定的是，后來的“西洋掛鐘、自鳴鐘”以及“手表”，其技術原理都來自于水運儀象臺和沙漏等報時儀器?，F在一般把報時儀器稱做“鐘表”，“鐘表”在“英文”中寫作“clock”，其發音“刻漏刻”，顯然它是根據“漏刻”及其另一個稱呼“刻漏”而產生的。坦普爾在《中國：發現與發明的國度》（陳養正等譯，21世紀出版社，第11頁）中說“中國人忘記了，首先發明機械鐘的正是他們自己”，這是正確的。
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