Kella ostsillaatorid on elektroonilised ahelad, mida kasutatakse teatud sündmuste ajastamiseks. Nende abil saab kontrollida kella sekundiosuti tiksumise kiirust. Neid seadmeid saab valmistada mitmest materjalist, kuigi kõige tavalisem ja täpsem materjal on kvartskristall. Need seadmed kasutavad mehaanilise liikumise loomiseks elektroonilist stiimulit.
Elektrivoolu rakendamine kella ostsillaatorile paneb selle vibreerima või võnkuma oma loomulikul sagedusel. Nendes vooluringides tavaliselt kasutatavate materjalide loomulik sagedus on kitsas ja stabiilne. Jäik võnkesagedus tähendab, et insenerid saavad kella ostsillaatorite ajastuse määramisel kasutada selle sageduse arvulist teavet. Sageduse abil saab lihtsa matemaatilise valemi ja seadme teadaoleva sageduse abil märkida sekundeid või muid ajaühikuid. Arvutid, raadiosaatjad ja raadiovastuvõtjad kasutavad ajastuse juhtimiseks kellaostsillaatoreid.
Aega saab mõõta kellaostsillaatorite abil. Ostsillaatori materjal, olgu see siis kvarts, keraamiline või muu stabiilne materjal, võngub ennustatava kiirusega, kui sellele rakendatakse elektrilist stiimulit. Ostsillaatori loomulik sagedus võib muutuda sõltuvalt materjali kujust, suurusest ja lõikest, mis tähendab, et ostsillaatorit tuleb enne kasutamist testida ja kalibreerida. Enamik kellades kasutatavaid kellaostsillaatoreid on häälestushargi kujulised.
Kvartskristall on kõige levinum kellostsillaatorites kasutatav seade, kuna sellel on väga täpne omasagedus. Kvartskristall ei reageeri ka eriti kemikaalidele, seega muutub aja jooksul väga vähe kristalli struktuuri, mis muudab kvartskristalli ostsillaatorid täpseks paljude aastate jooksul. Kuigi temperatuur ja rõhk võivad mõjutada signaalide ulatust, mida see võtab, võivad kristalli ja selle vooluringi kohandused nende väliste muutuste mõju vähendada.
Kellaostsillaatorites kasutatud põhimõtte avastasid esmakordselt 1880. aastal vennad Curie’d. Seda nimetatakse piesoelektriliseks efektiks, elektri muundamiseks mehaaniliseks liikumiseks või vastupidiseks – piesoelektriliseks pöördefektiks. See liikumise tekitamise meetod oli palju stabiilsem kui vanemad mudelid, mis toetusid ainult mehaanikale. Üks esimesi tööstusharusid, mis piesoelektrilise efekti kontseptsiooni omaks võttis, oli kellatööstus, mis läks üle kerimist nõudvatelt mehaanilistelt kelladelt kristallkellade ostsillaatoritele, mis hoidsid aega väga vähese halvenemisega.