Настоящим прорывом стало появление механических часов, измеряющих время в течение суток и приводящихся в движение неким преобразователем энергии. Источником ее мог быть, например, водяной механизм, натяжение пружины, постепенно опускающаяся гирька либо что-то подобное. Считается, что первые в истории механические часы (с водяным механизмом) изобрели китайские мастера Исин и Лян Линцзань в первой трети VIII века. Из Китая это изобретение попало на арабский восток, а затем – в Европу. Правда, минутных стрелок долгое время не было, только часовые; первые механические часы размещались на городских башнях и ратушах, ни о каких карманных и наручных в то время речи не шло. Считается, что первые башенные часы появились в XIII столетии в Англии.

В России самым первым подобным механизмом считаются часы, изготовленные в Москве около 1404 года монахом Лазарем Сербином. Судя по сохранившимся миниатюрам, часы эти были оснащены гирями, приводившими в движение основной механизм, приспособление для боя и шкалу с фазами Луны. Вскоре башенные часы были установлены в Великом Новгороде и Святогорском монастыре; к началу XVII столетия в России подобные приспособления уже никого не удивляли. Основными частями механических часов, которые впоследствии перекочевали во все основные виды, были следующие:
• Циферблат и стрелки. Это самая заметная часть, но технически далеко не самая сложная. Ее задача – чисто информационная: представить в наглядном виде сведения о течении времени (а также, если у часов есть такая функция, – о фазах луны, днях недели, временах года и так далее).
• Источник энергии. В истории были примеры конструирования часов на паровом двигателе, но удобными их признать сложно. Наиболее распространенный вариант – пружины, натяжение цепи (при поднятой гире) и так далее.
• Спусковой механизм, задача которого – регулировать постоянную скорость работы конструкции и поддерживать колебание маятника либо другой аналогичной части, при этом сглаживая воздействие трения и сопротивления воздуха.
• Регулятор, или колебательная система. Совместно со спусковым механизмом он определяет точность хода.
• Система зубчатых колес-шестеренок, которые соединяют источник энергии со спусковым механизмом.
• Механизм перевода стрелок, который обычно совмещен с подзаводкой, – ремонтуар (до его появления использовались специальные ключи).