Penciptaan jam mekanik pada abad ke-13 melancarkan perubahan dalam kaedah perakaman waktu dari proses selanjar seperti pergerakan bayang paku bayang pada jam matahari atau aliran cecair dalam jam air, kepada proses ayun berulang-ulang, seperti ayunan bandul atau getaran hablur kuarza yang lebih jitu.[24] Semua jam moden menggunakan kuasa ayunan.

Walaupun menggunakan bermacam-macam cara, tak kira mekanik, digital mahupun atom, semua jam berayun serupa fungsinya, dan terdiri daripada bahagian-bahagian yang seakan-akan sama fungsinya.[25][26][27]

Semua jenis jam terdiri daripada suatu objek yang mengulangi pergerakan yang sama berkali-kali, iaitu pengayun, dengan selang masa yang betul-betul malar di antara setiap ulangan atau 'rentak'. Pada pengayun terpasang peranti pengawal yang menampung pergerakan pengayun dengan menggantikan tenaga yang dihilangkannya akibat geseran, lalu menukarkan ayunannya kepada detik-detik yang berturut-turut. Detik-detik itu kemudian dihantar ke dalam pembilang untuk menyatakan waktu dalam bentuk yang mudah, iaitu saat, minit, jam dan sebagainya. Akhirnya penunjuk memaparkah hasilnya dalam bentuk yang mudah difahami manusia.

Punca kuasa

Punca kuasa diperlukan sebagai bekalan untuk memastikan jam berjalan.

• Dalam jam mekanik, punca kuasa berupa beban yang tergantung dari tali pintal yang membalut takal, atau pegas pilin yang dipanggil pegas utama.
• Dalam jam elektrik, punca kuasa berupa bateri atau talian kuasa arus ulang-alik.

Memandangkan jam mesti berjalan tanpa henti, wujudnya punca kuasa kedua untuk meneruskan perjalanan jam sekiranya bekalan kuasa sesalur terganggu. Dalam jam mekanik lama, spring kuasa pengekal memastikan jam berteruskan apabila pegas utama dikunci. Jam kuarza yang menggunakan kuasa arus ulang-alik selalunya disertakan bateri sandar untuk meneruskan jam apabila palamnya dicabut buat sementara.

Pengayun

Dalam setiap jam moden ada unsur rakaman masa iaitu pengayun berharmoni, sejenis objek fizikal (alat resonan) yang bergetar atau berayun berulang-kali pada frekuensi yang betul-betul malar.[28]

• Dalam jam mekanik, ini adalah bandul atau roda pengimbang.
• Dalam jam elektronik awal seperti Accutron, ini adalah garpu tala (tuning fork).
• Dalam jam kuarza, ini adalah hablur kuarza.
• Dalam jam atom, ini adalah getaran elektron dalam atom ketika memancarkan gelombang mikro.
• Dalam jam mekanik awal sebelum tahun 1657, ini adalah roda pengimbang kasar atau foliot yang bukannya pengayun berharmoni kerana tiada spring imbang. Oleh itu, jam sedemikian begitu tidak tepat sehingga boleh terlari satu jam dalam sehari.[29]

Kelebihan pengayun berharmoni berbanding jenis-jenis pengayun yang lain adlaah penggunaan resonans untuk bergetar pada frekuensi resonans atau 'rentak' natural yang jitu mengikut ciri-ciri fizikalnya sahaja, tanpa bergetar pada kadar lain. Kepersisan yang boleh dicapai oleh pengayun berharmoni disukat dengan parameter Q[30][31] (faktor kualitinya) yang meningkat (andai yang lain-lain tidak berubah) bersama frekuensi resonansnya.[32] Sebab itulah trend jangka masa panjang menyebelahi pengayun berfrekuensi tinggi dalam jam. Roda pengimbang dan bandul sentiasa ada cara melaraskan kadar jamnya. Sesetengah jam kuarza ada "skru kadar" yang melaraskan kapasitor untuk tujuan itu. Jam atom adalah piawai primer, maka kadarnya tidak boleh dilaras.

Jam segerak

Terdapat jam-jam yang bergantung pada pengayun luaran untuk ketepatannya; dalam erti kata lain, jam-jam sedemikian disegerakkan dengan sebuah lagi jam yang jitu secara automatik:

• Jam hamba atau "anak jam" yang digunakan dalam institusi besar dan sekolah dari 1860-an hingga 1970-an, menjaga waktu dengan bandul, tetapi disambungkan dengan jam induk melalui pendawaian dalam bangunan, dan menerima isyarat berkala untuk bersegerak dengan induk, biasanya pada setiap tepat sejam.[33] Jam-jam tanpa bandul dicetuskan oleh detik-detik dari jam induk dan jujukan-jujukan tertentu yang digunakan untuk memaksa penyegerakan deras sekiranya bekalan elektrik terganggu.
• Jam elektrik segerak tiada pengayun dalaman, sebaliknya bergantung pada ayunan 50 atau 60 Hz dari talian kuasa arus ulang-alik yang disegerakkan dengan pengayun persis oleh bekalan kuasa, untuk memacu motor segerak dalam jam yang berpusing sekali untuk setiap kitaran voltan talian, sambil memacu pawai gear.
• Jam masa nyata komputer merakam masa dengan hablur kuarza, tetapi disegerakkan dengan jam atom (UTC) menerusi internet secara berkala (biasanya setiap minggu) dengan menggunakan sistem Protokol Waktu Rangkaian.
• Jam radio merakam masa dengan hablur kuarza, tetapi disegerakkan dengan jam atom secara berkala (biasanya setiap hari), untuk menerima isyarat masa dari stesen radio kerajaan seperti WWV, WWVB, CHU, DCF77 dan sistem GPS.

Pengawal

Bahagian ini ada dua fungsi, iaitu memastikan pengayun berterusan dengan 'menolaknya' untuk menggantikan tenaga yang hilang kerana geseran, sambil menukarkan getarannya kepada detik-detik yang berfungsi mengukur masa.

• Dalam jam mekanik, inilah bolosan yang memberikan tolakan persis kepada bandul yang mengayun atau roda pengimbang, lalu melepaskan satu gigi roda bolosan pada setiap ayunan untuk membolehkan semua roda dalam jam mara selangkah yang sekata dalam setiap ayunan.
• Dalam jam elektronik, inilah litar pengayun elektronik yang memberikan 'tolakan' kepada hablur kuarza yang bergetar atau garpu tala, lalu menjana detik-detik elektrik dari getaran hablur, iaitu isyarat jam.
• Dalam jam atom, pengawalnya adalah rongga gelombang mikro vakum yang ditempatkan pada pengayun yang dikawal oleh pemproses mikro. Gas atom sesium yang halus dilepaskan ke dalam rongga untuk didedahkan kepada gelombang mikro. Pancaran laser mengukur berapa banyak atom yang menyerap gelombang mikro, kemudian sistem kawalan suap balik elektronik iaitu gelung terkunci fasa (phase locked loop) menala pengayun gelombang mikro sehingga mencapai frekuensi tepat yang menyebabkan atom-atom bergetar dan menyerap gelombang mikro. Kemudian, isyarat gelombang mikro dibahagikan oleh pembilang digital untuk dijadikan isyarat jam.[34]

Dalam jam mekanik, Q rendah dalam pengayun roda pengimbang atau bandul menjadikannya terdedah kepada kesan gangguan impuls bolosan; dengan itu bolosan itulah yang banyak mempengaruhi kejituan jam, maka banyaklah rekabentuk bolosan yang dicuba. Q yang lebih tinggi dalam penyalun jam elektronik menjadikannya kurang terdedah kepada kesan gangguan kuasa pacuan, jadi litar pengayun pacuan adalah komponen yang tidak begitu diberi perhatian.[28]

Pembilang

Bahagian ini membilang jumlah detik untuk mendapatkan unit waktu dalam bentuk saat, minit, jam, dsb. Lazimnya, ia ada peruntukan untuk mengunci jam dengan memasukkan waktu yang betul secara manual ke dalam pembilang.

• Dalam jam mekanik, ini dilakukan oleh sejenis pawai gear yang dikenali sebagai pawai roda. Pawai gear juga berfungsi memancarkan kuasa mekanik dari punca kuasa untuk menjalankan pengayun. Terdapat gandingan geseran iaitu 'pinan kanon' di antara gear-gear yang memacu jarum-jarum dan bahagian-bahagian lain dalam jam, untuk membolehkan jarum-jarum dialihkan oleh tombol di bekalang untuk mengunci waktu.[35]
• Dalam jam digital, terdapat serantaian pembilang atau pembahagi litar bersepadu yang menjumlahkan detik-detik secara digital dengan memanfaatkan logik perduaan. Biasanya berbentuk butang tekan di luaran untuk membolehkan pembilang jam dan minit dinaik turun untuk mengunci waktu.

Penunjuk

Ini pula menyatakan nilai saat, minit, jam dsb. dalam bentuk yang mudah difahami manusia.

• Jam mekanik terawal dari abad ke-13 tiada penunjuk pandang, sebaliknya menandakan masa dengan bunyi seperti loceng. Kebanyakan jam lama yang wujud sampai hari ini adalah jam berdenting yang membunyikan setiap satu jam.
• Jam analog, termasuk hampir semua jam mekanik dan sesetengah jam elektronik, mempunyai muka jam yang memaparkan waktu dalam bentuk analog dengan jarum jam dan minit yang bergerak. Pada jam kuarza bermuka analog, isyarat 1 Hz dari pembilang menggerakkan motor pelangkah yang memarakan jarum saat pada setiap detik, sementara jarum minit dan jam digerakkan oleh gear-gear dari aci jarum saat.
• Jam digital memaparkan waktu dalam bentuk angka yang berubah-ubah secara berkala pada paparan digital.
• Jam bercakap dan khidmat jam bersuara oleh syarikat telefon menyebutkan waktu dengan memainkan rakaman suara atau sintesis suara digital.