Изобретение часов и их улучшение требовало более совершенного, точного и высокопроизводительного технологического оборудования, новых методов расчета и конструирования.
Это стало началом новой эпохи.
Создание механических часов стало возможным с изобретением шпиндельного спуска. Это устройство преобразовывало поступательное движение висящей на веревке гири в колебательное движение взад-вперед часового колеса.
Механические часы, применяющие штыревой спусковой механизм, были созданы в XIV веке и стали стандартным инструментом для измерения времени вплоть до появления пружинных часовых механизмов и карманных часов в XVI веке. Следом появились маятниковые часы и на протяжении трёх веков они были наиболее точным устройством измерения времени. В XX веке были созданы кварцевые часы и следом атомные. Последние дают погрешность порядка 10–14 (1 мс за 3000 лет) и используются для синхронизации всех остальных часовых механизмов, ложась в основу Всемирного координированного времени. Механические часы совершили революцию в определении времени. Их усовершенствовали в течение пяти веков.

Первые переносные часы впервые изготовили по приказу короля Франции Людовика XI. Они помещались в специальном ящике. Когда король путешествовал, ящик с часами пристраивали на спину лошади.
В 1510 году немецкий механик Генлейн приспособил к часовому механизму стальную пружину и сделал первые карманные часы. В подтверждение этого приводится манускрипт современника мастера Ионна Коклея: «Петр Генлейн, еще молодой человек, создает творения, которым даже наиболее ученые математики отдают дань уважения: из небольшого количества железа он изготовляет снабженные многими колесами часы, которые, как бы их ни поворачивали, без наличия какого-нибудь груза, показывают и отбивают 40 часов, даже если находятся в кармане».
Он заменил в своем механизме гири на пружину. Пружина, как ее ни скручивай, всегда стремится раскрутиться. Этим свойством и воспользовался Петер Генлейн. Внутри карманных часов расположен механизм. В нем есть плоская коробочка – это домик, в котором находится пружина. Один конец ее – внутренний – неподвижный. Другой – наружный – прикреплен к стенке домика или барабана.
Когда механические часы заводят, то вращают барабан и пружина скручивается, наружный кончик описывает круги. Как только пружину закрутили, она начинает раскручиваться и постепенно возвращается на прежнее место.
Часовое стекло появилось только в XVII веке. Заводили карманные часы ключом. Первые карманные часы имели округлую форму, футляр был украшен затейливым орнаментом, отчего такие часы получили название «нюренбергские яйца». Состоятельные люди имели такие маленькие часики со множеством колёсиков, их можно было носить в кошельке. Введение пружинного привода в начале XVI века существенно расширило возможности использования механических часов. Этот вид привода до сих пор преобладает у массовых часов.
Постепенно карманные часы видоизменялись. Появились карманные часы, украшенные драгоценными камнями, инкрустацией. Мастера научились изготавливать крошечные часики, которые вставляли в перстень вместо камня – часы-кольцо. Их стали носить на груди в виде кулона – часы-кулон.

Следующим шагом вперед стал анкерный механизм. Анкерный ход – часть механизма часов, предназначенная для передачи энергии от двигателя к регулятору, поддержания его колебаний и управления движением колес. Ходы подразделяются на свободные и несвободные. Несвободные называются ходы, в которых регулятор хода постоянно взаимодействуют с деталями спуска; несвободный анкерный ход применяется в маятниковых часах. В свободных ходах регулятор хода после сообщения ему импульса колеблется свободно, не соприкасаясь с деталями спуска.
В часовых механизмах современных маятниковых часов в основном применяются свободные анкерные швейцарские ходы.
Исторически первой колебательной системой был маятник. Как известно, при одинаковой амплитуде и постоянном ускорении свободного падения частота колебания маятника неизменна.

К сожалению, механические колесные часы исправно работали только на суше, а мореплаватели до тех пор пользовались песочными часами – «склянками».
Хронометр – часы с особо точным ходом (механические либо кварцевые). Впервые точный морской хронометр изобрёл английский изобретатель, часовщик Дж. Харрисон в 1731 году, в 1734 он довёл его до практического применения. В своём изобретении он сумел скомпенсировать две основные погрешности хода хронометра – изменение механического момента на спусковой ход балансира по мере раскручивания заводной пружины и применил термокомпенсацию длины и упругости нити балансира от изменения внешней температуры с помощью биметаллических изгибающихся элементов.
В настоящее время хронометры применяются редко и только в качестве резервного навигационного средства при отказе всех иных, так как вытеснены более точными часами со стабилизацией хода кварцевыми резонаторами, точными радиосигналами от радиостанций и системой глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС).

Скелетоны – механические (реже кварцевые) часы, в которых движущиеся части механизма полностью или частично оставлены открытыми, просматривающимися через специальное окошко в циферблате или задней крышке. Окошко может занимать всю видимую площадь, при отсутствующем в таком случае циферблате. Появление часов-скелетонов в ювелирном качестве относится к XVI–XVII векам.
Современные часы-скелетоны не прячут механизм преднамеренно. Шестеренки, кроме своей основной, функциональной роли, являются еще и элементами дизайна, настолько выразительными, что часы-скелетоны получили свое собственное обозначение и стали неким отдельным классом часов.