Han var elev till I.I. Rabi samtidigt som denne uppfann metoden för atomstråleresonans. Ramsey förbättrade 1949 noggrannheten hos Rabis metod genom att införa två separerade oscillerande fält som resonansvillkor. Metoden kom därigenom att ligga till grund för cesiumklockan, vilken utgör vår tidsstandard sedan 1967.