計量的發展，大體上可分為三個階段。
1．古典階段
古典階段是以權力和經驗為主的初級階段，沒有或者沒有充分的科學依據。作為最高依據的計量基準，多用人體的某一部分、動物的絲毛或某種能力、植物果實、樂器以及物品等。
例如，我國古代的“布手知尺”、“掬手為升”、“十發為程”、“十程為分”；英國的“碼”，是英王亨利一世將其手臂向前平伸，從其鼻尖到指尖的距離；英尺是查理曼大帝的腳長；英畝是二牛同扼一日翻耕土地之面積，等等。
2．經典階段
從世界範圍看，1875年“米制公約”的簽定，可認為是經典階段的開始。隨著科學技術的進步和社會生產力的發展，計量基準已開始擺脫利用人體、自然物體等的原始狀態，進入了以科學為基礎的發展階段。由於科技水平的限制，這個時期的計量基準都是在經典理論指導下的巨觀器具或現象。例如，根據地球子午線長度的1/4的1/10 000 000，用鉑銥合金製造的長度基準米原器；根據1立方分米的水在其密度最大時的溫度下的質量，用鉑銥合金製造的質量單位基準千克原器；根據兩通電導線之間產生的作用力而定義的電流單位安培；根據地球圍繞太陽的轉動周期而確定的時間單位秒；等等。
這類巨觀實物基準，隨著時間的推移，由於物理的、化學的以及使用中的磨損等原因，難免發生微小的變化。另外，由於原理和技術的限制，該類基準的準確度亦難以大幅度提高，以致不能滿足日益發展的社會需要。於是便提出了建立更穩定、更精確的新型計量基準的課題。
3．現代階段
現代階段的基本標誌是由經典理論為基礎轉為量子理論為基礎，由巨觀實物基準轉為微觀量子基準。
建立在量子理論基礎上的微觀自然基準，或稱量子基準，比巨觀實物基準優越的多，更精確、更穩定可靠。因為，根據量子理論，微觀世界的量，只能是躍進式的改變，而不可能發生任意的微小變化；同時，同一類物質的原子和分子都是嚴格一致的，不隨時間和地點而改變。這就是微觀世界的所謂穩定性和齊一性。量子基準就是利用了微觀世界所固有的這種穩定性和齊一性而建立的。
迄今為止，國際上已正式確立的量子基準有長度單位米基準、時間單位秒基準、電壓單位伏特基準和電阻單位歐姆基準。