利用分子受到微波激发后发生能级跃迁而产生电磁辐射的现象来制成的振荡器。常见的有氨分子束振荡器和铯分子束振荡器等。分子振荡器与分子放大器原理基本相同，只是它利用了反馈，把放大器的输出，反过来供给输入，使整个系统形成振荡状态。这种振荡器的特点是频率单一、稳定性高，适宜于作为频率标准和时间标准。例如氨分子束振荡器的频率为23870兆赫，频率的变化只有千分之几赫。