L’elemento centrale dei campioni atomici al cesio è il tubo risonante, costituito da una cavità a microonde nella quale un fascio di atomi ionizzati prodotti da un catodo caldo viene sottoposto all’azione di un segnale elettromagnetico alla frequenza di 9.192 GHz (frequenza di risonanza del cesio). I tubi al cesio sono completamente ermetici e racchiusi dentro una custodia schermante ad alto spessore per minimizzare l’effetto di campi elettrici e magnetici esterni.