Ouvert le 4 août 1885, le service chronométrique doit "fabriquer l'heure" à l'aide de sa lunette méridienne, la distribuer sur le site, en ville et auprès d'abonnés, et comparer les chronomètres déposés par les horlogers aux pendules de l'observatoire. Pour s'assurer de la bonne marche de ses pendules, il s'équipe dans les années 1930 de chronographes imprimants Belin, attachés notamment à la surveillance des horloges Leroy à pression constante, dont la première est acquise en 1932, puis des horloges radioélectriques Belin, pour lesquelles est construit en 1939 le pavillon dit "des horloges à diapason". Il se dote en 1953 d'un laboratoire d'essais (actuellement utilisé comme garage), à l'est du pavillon de la méridienne, où le matériel Belin est alors en partie transféré. Le chronographe utilisé pour la comparaison des horloges avec les signaux horaires reçus à l'aide de postes radio (TSF) est remplacé par un oscillographe en novembre 1959. Les trois appareils conservés sont représentatifs de la deuxième génération des instruments de la "chaîne du temps" identifiée à l'observatoire de Besançon.