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精度向上と電気動力化
機械式の腕時計には振り子の代用をするテンプが仕込まれており、その振動数が高ければ高いほど時計の精度は上がる。並級腕時計のテンプは振動数が4〜6回/秒のロービートだが、高精度型腕時計では8〜10回/秒の多振動となっており、ハイビートとも呼ばれる。現代の機械式時計のうち、スイス製の多くはハイビートであり、また日本製でも上級品はハイビートが多い。ただし、ハイビート仕様とすると部材の疲労や摩耗が早まり、耐久性ではやや不利である。
電池エネルギーで作動する腕時計は、アメリカのハミルトン社が開発し、1957年に発売されたのが最初である。これは超小型モーターで駆動する方式で、調速の最終段階には機械式同様にテンプを使っていたが、電源をトランジスタで整流して駆動力の安定を図っていた。ボタン状の小型電池を使う手法は、以後の電池式腕時計に踏襲されている。

1960年にはやはりアメリカのブローバ社　Bulova が、音叉式腕時計「アキュトロン」Accutron を開発した。超小型の音叉2個を時計に装備して、電池動力で一定サイクルの振動を得る。この振動を直接の動力に、ラッチを介して分針時針を駆動するものである。振動サイクルは毎秒360回と、クォーツ腕時計以前では最高水準の精度であったが、ブローバ社が技術公開やムーブメント供給に積極的でなかったこともあり、クォーツショック以降は速やかに廃れた。

クォーツショック
1969年、セイコーは世界初のクォーツ腕時計（水晶発振式腕時計）「アストロン」を発売する。当時の定価は45万円と、大衆車よりも高価であった。

水晶は電圧をかけると一定サイクルで振動する（水晶振動子を参照）。水晶発振器の信号を15回分周して1秒間に1回の信号に変換し、この信号をステッピングモーターに与えることで、1秒ごとに秒針を回している。この原理自体は第二次世界大戦以前に着想され、大型置時計は天文台等で使用するために古くから存在していたが、腕時計に使えるサイズに超小型化したのはセイコー技術陣の努力によるものであった。

それ以前の機械式や電池式の腕時計は、秒針が連続して滑らかに動くスウィープ運針だったが、クォーツ時計では省電力のために、秒針が1秒刻みで動くステップ運針となり、容易に見分けられる。

クォーツ腕時計は通常、振動数を毎秒32,768（＝215）回に調整された水晶を使用する（この振動数が計時設定上使いやすいためで、それ以外の回数に設定される例もある）。振動数の高さは圧倒的で、機械式はおろかブローバの音叉式「アキュトロン」をも遙かに凌ぐ高精度を実現した。

機械式やそれ以前の各種電池式に比べ圧倒的に誤差が少ないことからクォーツ腕時計は1970年代に市場を席巻した。その結果スイスなどの高級機械式腕時計ブランドは壊滅的な打撃を受け、20世紀半ばまで全盛を誇ったアメリカの時計メーカーはほぼ全滅した。これを「クォーツショック」と言う。

その後、アラーム機能、ストップウォッチ機能など、腕時計の高機能化が進む一方、クォーツ腕時計の低価格化が進み、かつては高級品であった腕時計が、子供でも買うことのできるような身近な商品へと変貌した。

同時期の1970年、アメリカのハミルトンより世界初のデジタル腕時計が発売される。この腕時計ではLEDを用いて時刻を表示した。デジタル腕時計は当初は極めて高価なものであったが、液晶表示の導入と可動部品皆無な構造で大量生産に適するようになり、低価格化が促進された。現代では一般にアナログ式より廉価な存在となっている。