El estándar de frecuencia de rubidio utiliza la diferencia de energía entre dos estados hiperfinos del átomo de rubidio-87 para referenciar una frecuencia de 6.835 GHz. Con tres celdas de gas, se realiza un bombeo óptico con luz filtrada, mientras que la energía de microondas cambia los estados de los átomos. En el punto de transición, se produce un pico en la absorción de luz y, mediante retroalimentación, el oscilador de microondas se bloquea a esta frecuencia.
La celda de filtro de rubidio-85 absorbe ciertas longitudes de onda del espectro de la fuente de luz de rubidio-87, permitiendo obtener luz adecuada para el bombeo óptico. Cuando la frecuencia de microondas es igual a la frecuencia de transición entre los dos estados hiperfinos de los átomos, se produce un pico en la absorción de luz. Este pico es detectado por un fotodetector y el circuito de retroalimentación bloquea el oscilador de microondas a esta frecuencia.
El estándar de rubidio proporciona una referencia basada en transiciones atómicas, sin depender de las propiedades mecánicas de los osciladores de cristal. Aunque este método es menos preciso que los relojes de cesio, ofrece una opción más portátil y económica. La transición entre los dos estados hiperfinos del átomo de rubidio-87 permite bloquear la frecuencia de microondas de manera precisa.