如上所述，动物和植物的周期性现象很早就为人所知。1759年就有人制作了第一张豆类植物叶运动的近昼夜节律图表。首先植物的叶子会与杠杆的一端相连，杠杆的另一端放置在一个滚轮之上。若叶子下垂，杠杆会在滚轮上留下一条向上的线，相反当叶子向上提起的时候，就会得到一条向下的曲线。实验为期数天。前三天每天光照12小时，第四天起停止光照， 若果这种光是叶运动的原因的话，人们应该会得到这样的结果，就是叶子在没有光照的后几天会一直下垂。但事实并非如此。因此光照并不是叶运动的原因。

20世纪80年代有实验，去观察究竟外在因素会不会产生作用。太空实验室1号将真菌脉孢菌带到太空，去看看离地后生物节律的变化。实验结果却与在Cape Canaveral对照组所得的结果相同。从此时起，人们在近昼夜节律，次昼夜(超日)节律和超昼夜(亚日)节律是内因产生的这一点上，达成了共识。

上世纪最重要的研究手段是基因的突变筛选。1970年Konopka首次在黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)上应用了这一技术。这种果蝇的成虫破蛹行为有着明显的近昼夜节律，接近24小时。就是说蝇破蛹的时刻不是随机的，而是在一天的特定时刻。若一天已经过了这一时刻，那么成虫不会在当天，而时下一天出蛹。这种节律代代相传。Konopka找到了三种特变品种并不断培育其后代:第一种Pershort，并不遵循这种24小时节律，而是19小时，其后代也如是。第二种Perlong，其周期为29小时。第三种Per-，没有节律。所有这些特变品种在基因的同一区段上出现了缺陷。90年代末在不同的哺乳类动物里科学家找到了这些"时钟基因"(BMal, Clock, MPer1, Mper2, Mper3, Cry1, Cry2)。

20世纪90年代开始，生物钟学开始了跨学科协作。该领域的研究不单止着眼于某种方法或是某种现象，而是去寻找其内在的联系。微生物学，生理学，生态学，心理学和数学为时间生物学提供了重要的支持。而时间生物学的研究对象包括植物和动物，还有人。

时间生物学对畜牧业，社会学和医学有重要的意义，如轮班制，药理学，精神病学都离不开时间生物学。行为生理学研究生物钟的大脑机制，提供了生理学基础。

时间生物学与人类疾病的关系

生物钟异常人类的许多疾病的发生密切相关。例如:生物钟的异常加速肿瘤的生长，缺失生物钟核心因子per2的小鼠容易患淋巴瘤。在精神性疾病如躁狂性忧郁症与生物钟的核心因子Reb-Erbα的异常相关。