第二次世界大戦以前からの主要な腕時計生産国としては、懐中時計の時代から大量生産技術が進展したアメリカ合衆国のほか、古くから時計産業が発達したスイス、イギリスなどがあげられる。後に英国のメーカーは市場から脱落した。アメリカのメーカーも1960年代以降に高級品メーカーが衰亡してブランド名のみの切り売りを行う事態となり、正確な意味で存続するメーカーは大衆向けブランドのタイメックスのみとなった。
自動巻腕時計とは、時計内部に半円形のローターが組み込まれており、装着者が腕を振ることにより、ローターが回転しぜんまいを巻き上げることができるというものである。錘（ローター）を仕込んだ自動巻機構自体は1770年に発案されていたが、ポケットに収まった安定状態で持ち運ばれる懐中時計ではうまく働かず、装着時に手首で振られて慣性の働きやすい腕時計において、初めて効果を発揮することになった。
最初の自動巻腕時計となったのは英国のジョン・ハーウッドが開発した半回転ローター式で、1926年にスイスのフォルティスから発売された。続いてより効率に優れる全回転式ローター自動巻がスイスのロレックスで1931年に開発され、同社は「パーペチュアル」の名で市販、オイスターケースと呼ばれる防水機構と共にロレックスの名を売った。現在では全回転ローター自動巻が一般化している。
自動巻腕時計の多くは、竜頭を用いてぜんまいを手巻きすることもできるが、廉価型の腕時計には構造を簡素化する目的で自動巻専用としたものもある。自動巻は装着されている限りぜんまいの力が常に十分に蓄えられているため、手巻き式に比べて精度が高くなる傾向がある。身に付けていない場合にはワインディングマシーンにセットしておくことでぜんまいを巻き上げる事が可能であり、機械式腕時計のコレクターがこの種の装置を用いる例が見られる。
日本では1913年、服部時計店が国産初の腕時計「ローレル」を発売している。
第二次世界大戦後、日本の時計技術は着実に進歩していった。カメラと並ぶ輸出商品としての可能性を期待された面もあった。1955年には国産初の自動巻腕時計「セイコーオートマチック」が発売され、その後も「グランドセイコー」、「シチズン クロノメーター」など、スイス製の腕時計と比肩しうる精度の国産時計が続々登場した。1964年には東京オリンピックの公式計時機器として海外メーカーを抑えセイコーが採用された。セイコーは電子計時を採用し、オリンピックで初めて計時に関してノートラブルを実現した。これを契機に日本製腕時計が世界的に認められるようになる。
日本の主要な腕時計メーカーは、電子計算機分野から参入したカシオ計算機を除くと、すべて懐中時計や柱時計の分野から参入した企業である。大手ブランドのセイコーとシチズン時計、カシオのほか、オリエント（吉田時計店）が業績不振から現在はセイコー傘下にて存続する。かつてはタカノ（腕時計生産は1957年から）が存在したが、中京圏に本拠があったため1959年の伊勢湾台風で大被害を受けて業績悪化、1962年にリコーに買収された。
機械式の腕時計には振り子の代用をするテンプが仕込まれており、その振動数が高ければ高いほど時計の精度は上がる。並級腕時計のテンプは振動数が4〜6回/秒のロービートだが、高精度型腕時計では8〜10回/秒の多振動となっており、ハイビートとも呼ばれる。現代の機械式時計のうち、スイス製の多くはハイビートであり、また日本製でも上級品はハイビートが多い。ただし、ハイビート仕様とすると部材の疲労や摩耗が早まり、耐久性ではやや不利である。
電池エネルギーで作動する腕時計は、アメリカのハミルトンが開発し、1957年に発売したのが最初である。これは超小型モーターで駆動する方式で、調速の最終段階には機械式同様にテンプを使っていたが、電源をトランジスタで整流して駆動力の安定を図っていた。ボタン状の小型電池を使う手法は、以後の電池式腕時計に踏襲されている。
1960年にはやはりアメリカのブローバが音叉式腕時計「アキュトロン」を開発した。超小型の音叉2個を時計に装備して、電池動力で一定サイクルの振動を得る。この振動を直接の動力に、ラッチを介して分針時針を駆動するものである。振動サイクルは毎秒360回と、クォーツ腕時計以前では最高水準の精度であったが、ブローバが技術公開やムーブメント供給に積極的でなかったこともあり、クォーツショック以降は速やかに廃れた。
1969年、セイコーは世界初のクォーツ腕時計（水晶発振式腕時計）「アストロン」を発売する。当時の定価は45万円と、大衆車よりも高価であった。
水晶は電圧をかけると一定サイクルで振動する（水晶振動子を参照）。水晶発振器の信号を15回分周して1秒間に1回の信号に変換し、この信号をステッピングモーターに与えることで、1秒ごとに秒針を回している。この原理自体は第二次世界大戦以前に着想され、大型置時計は天文台等で使用するために古くから存在していたが、腕時計に使えるサイズに超小型化したのはセイコー技術陣の努力によるものであった。
それ以前の機械式や電池式の腕時計は、秒針が連続して滑らかに動くスウィープ運針だったが、クォーツ時計では省電力のために、秒針が1秒刻みで動くステップ運針となり、容易に見分けられる。
クォーツ腕時計は通常、発振周波数を32.768kHz（＝215）に調整された水晶を使用する（この周波数が計時設定上使いやすいためで、それ以外の数値に設定される例もある）。振動数の高さは圧倒的で、機械式はおろかブローバの音叉式「アキュトロン」をも遙かに凌ぐ高精度を実現した。
機械式やそれ以前の各種電池式に比べ圧倒的に誤差が少ないことからクォーツ腕時計は1970年代に市場を席巻した。その結果スイスなどの高級機械式腕時計ブランドは壊滅的な打撃を受け、20世紀半ばまで全盛を誇ったアメリカの時計メーカーはほぼ全滅した。これを「クォーツショック」と言う。
もっとも、スイスのメーカーもクォーツの開発には余念がなく、セイコーの「アストロン」はタッチの差で登場したものであった。むしろ、スイスの時計メーカーにとってさらに深刻だったのは、オイルショックとドルショックであった。1973年のオイルショックによる生産コストのアップと国際為替の変動相場制への移行によるスイス・フラン高が、スイス時計の国際競争力を奪っていった。そこへ、日本製クォーツ時計がスイスでは不可能なほどに低価格化を推し進めていったのである。日本製クォーツの登場のみならず、この複合的な要因こそがスイス時計没落の真因であろう。
その後、アラーム機能、ストップウォッチ機能など、腕時計の高機能化が進む一方、クォーツ腕時計の低価格化が進み、かつては高級品であった腕時計が、子供でも小遣い銭で買うことのできるような身近な商品へと変貌した。
同時期の1970年、アメリカのハミルトンより世界初のデジタル腕時計が発売される。この腕時計ではLEDを用いて時刻を表示した。デジタル腕時計は当初は極めて高価なものであったが、液晶表示の導入と可動部品皆無な構造で大量生産に適するようになり、低価格化が促進された。現代では一般にアナログ式より廉価な存在となっている。
