In früheren Zeiten war es üblich, die lokale Sonnenzeit zu verwenden, welche ursprünglich die von einer unkorrigierten Sonnenuhr gemessene, nicht ganz gleichmäßig ablaufenden, wahre Ortszeit (da die Sonne auf ihrer Bahn am Himmel nicht mit gleichmäßiger Geschwindigkeit läuft) ist. Die gleichmäßig verlaufende mittlere Ortszeit wurde benutzt als mechanische Uhren vorhanden waren.
Nach dem Aufkommen der Eisenbahn und der Telegraphie wurde eine Reduktion der vielen Ortszeiten auf wenige gebietsweise geltende Zeitangaben nötig. Es kam daher zur Schaffung von so genannten Zeitzonen. Die Zeitzonen sind definierte Gebiete mit einer Zeit, die ortsunabhängig ist.
Auf der Washingtoner Meridiankonferenz 1884 einigte man sich auf den Meridian durch Greenwich als Nullmeridian und auf die Greenwich Mean Time (GMT) als erste allgemein gültige Weltzeit. Die Zuordnung der Länder auf die verschiedenen Zeitzonen erfolgte nach dem Gesichtpunkten 1) möglichst wenig Abweichung von der mittleren Ortszeit und 2) wenige Zeitzonen in einem Land.  

1) die Ortszeit

1.1 wahre Ortszeit  (WOZ)

Wenn die Sonne im Orts-Meridian steht (also exakt im astronomischen Süden), beträgt die Wahre Ortszeit 12 Uhr. Vom Nordpol bis zum Südpol herrscht auf gleichem Längengrad die gleiche Wahre Ortszeit. Die Wahre Ortszeit ist auch die Zeit, die eine gewöhnliche Sonnenuhr anzeigt.
Diese Zeitmessung mit der Sonne ist über das Jahr nicht gleichmäßig.
Hier wirkt sich zum einen das 2. Keplerschen Gesetze aus. (die Erde läuft mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit um die Sonne) zum anderen die Schräglage der Erdachse.
Der tägliche Lauf der Sonne wird auf einer Parallelen des Himmeläquators abgebildet, so dass bei der Berücksichtigung der Bahnbewegung auch nur deren Projektion (P) von Bedeutung ist. Dieser Projektionsanteil verändert sich jedoch über das Jahr, und sorgt somit für einen ungleichförmigen Zeitverlauf.
Um einen gleichmäßigen Zeitverlauf zu beschreiben, wurde die mittlere Ortszeit eingeführt.

1.2 mittlere Ortszeit (MOZ)

Die mittlere Ortszeit wird durch eine virtuelle Sonne definiert, welche mit konstanter Geschwindigkeit längs des Himmelsäquators läuft.
Somit wäre die mittlere Ortszeit mit der wahren Ortszeit identisch, wenn die Erdbahn um die Sonne exakt kreisförmig wäre und die Erdachse senkrecht zur Bahnebene stünde. Auf modernen Sonnenuhren wird der Zeitausgleich zum Beispiel mittels Stundenlinien auf dem Zifferblatt, die die Form eines Analemmas haben, vorgenommen.

Bild unten: Dieses Analemma ergibt sich auch, wenn wie hier die Position der Sonne im Verlauf des Jahres z.B. immer um 8 Uhr festgehalten wird.

Für die exakte Bestimmung der mittleren Ortszeit waren noch bis in den 50iger Jahre des 20. Jahrhunderts die Sternwarten verantwortlich. Sie haben jeden Morgen um 6 Uhr ein Zeitsignal über Telegraf an die Bahnhofsuhren übermittelt.

1.3 Zeitgleichung  

Als Zeitgleichung wird die Differenz zwischen der wahren Sonnenzeit (wahre Ortszeit WOZ) und der mittlere Sonnenzeit (mittlere Ortszeit MOZ) eines Ortes (oder Orten auf demselben Längengrad) bezeichnet. Die Zeitgleichung wird verursacht

• durch die elliptische Form der Erdbahn (Keplersche Gesetze) : Zeitgleichungs-Anteil mit einer Periodendauer von etwa einem Jahr (blau, Strich – Punkt) und
• durch die Neigung der Erdachse auf ihrer Bahnebene: Zeitgleichungs-Anteil mit einer Periodendauer von etwa einem halben Jahr (lila, gestrichelt).
• Beide Abweichungen addiert ergeben zusammen die Zeitgleichung. Sie ist als rote Linie im Diagramm dargestellt.

2) Zonenzeit

Zonenzeit  nennt man die in einer Zeitzone gültige Uhrzeit (Ortszeit) als gesetzliche Zeit. Der Globus wurde in 24 Streifen zu je 15 Längengraden - was einer Zeitdifferenz von 1 Stunde entspricht - aufgeteilt. Ausgangspunkt dieses Zonensystems ist der Längenkreis 0° in Greenwich bei London. Erreicht die (mittlere) Sonne dort ihre Mittagshöhe ist es 12:00 Uhr Weltzeit, bzw. Universal Time (UT) oder Greenwich Mean Time (GMT). Gleichzeitig ist die Weltzeit auch Zonenzeit für die Westeuropäische Zeit (WEZ). Die weiteren Zonenzeiten sind jeweils die mittleren Ortszeiten der Längenkreise 15°, 30°, 45° usw. in Ost- sowie Westrichtung. Bei 180° östl. bzw. westl. Länge (Pazifischer Ozean) befindet sich die Datumsgrenze.

Abhängig von der geografischen Länge des Beobachtungsortes weicht die mittlere Ortszeit von der Zonenzeit ab. Somit entsteht der Effekt, dass die Sonne bei den meisten Ortschaften um 12 Uhr mittags nicht genau im Süden steht. Außerdem muss noch die wahre Ortszeit gemäß der Zeitgleichung korrigiert werden.
Beispiel        
 

München: Die geografische Länge ist 11 Grad 33 Minuten Ost.
Die mittlere Ortszeit weicht von MEZ 3 Grad 27 Minuten Längengrade ab. Das entspricht einem Unterschied in der Zeit von 24/360*3°27’ = 14 Minuten
Da 11° 33’ ost westlich von 15° liegt, geht die mittleren Ortszeit in München um 14 Minuten nach.
Am 1. Juli ist die Zeitgleichung -3 Minuten
Insgesamt geht die Sonne in München gegenüber der Zonenzeit (also MEZ) um 17 Minuten nach, im Juli, mit Sommerzeit (MESZ) sind es sogar 1 Stunde und 17 Minuten.  

Politische motivierte Wahl von Zonenzeiten
Die meisten Länder der Europäischen Union haben die MEZ. In einigen europäischen Ländern ohne MEZ gibt es immer wieder Versuche, die MEZ auch einzuführen, um die Europäische Gemeinsamkeit zu betonen. Für das Gebiet der EU sind die bisher üblichen drei Zonenzeiten relativ zur Sonnenzeit passend.

Dass aber auch große staatliche Gemeinschaften im Gebrauch mehrere Zonenzeiten keinen Nachteil sehen, zeigen die USA. Das Gebiet der USA erstreckt sich über 7 Zeitzonen.

In der Volksrepublik China – deren Territorium etwa fünf Zeitzonen (UTC+5h bis UTC+9h) überschneiden würde – entschied die politische Zentralgewalt, nur eine einzige Zeit (UTC+8h) zu benutzen. Diese passt gut zur Hauptstadt Peking, im westlichsten Zipfel von China ist wahrer Mittag aber erst um 15 Uhr (im östlichsten um 11 Uhr).

3) Julianisches Datum

Das Julianische Datum wurde 1583 von dem französischen Philologen und Geschichtsschreiber Joseph Justus Scaliger vorgeschlagen. Der britische Astronom John Herschel schlug 1849 in seinem Buch Outlines of Astronomy vor, das Scaliger’sche Schema zur Zeitmessung in der Astronomie zu verwenden.

• Dies beseitigte die Komplikationen, die bei der Verwendung verschiedener Kalender auftreten konnten. Er führte auch den gebrochenzahligen Anteil für die Uhrzeit ein.
• Der Tageswechsel erfolgt im europäischen Raum mittags, damit während der Nacht (weil die Astronomen ja gerade dann beobachten) kein Datumswechsel stattfindet.