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二十四小时制的规则是把每日由子夜至午夜共分为24个小时，从数字0至23（24是每日完结的午夜）。这个时间记录系统是现今全世界最常用的。二十四小时制在美国和加拿大仍然被称为军事时间（military time），而在英国则被称作大陆时间（continental time）。二十四小时制还是国际标准时间系统（ISO 8601）。
| 24小时制 | 12小时制(中文) | 12小时制(英文) |
| 00:00 | 午夜12:00 子夜12:00 凌晨12:00 |
12:00 midnight 12:00 a.m. |
| 01:00 | 上午01:00 | 01:00 a.m. |
| 02:00 | 上午02:00 | 02:00 a.m. |
| 03:00 | 上午03:00 | 03:00 a.m. |
| 04:00 | 上午04:00 | 04:00 a.m. |
| 05:00 | 上午05:00 | 05:00 a.m. |
| 06:00 | 上午06:00 | 06:00 a.m. |
| 07:00 | 上午07:00 | 07:00 a.m. |
| 08:00 | 上午08:00 | 08:00 a.m. |
| 09:00 | 上午09:00 | 09:00 a.m. |
| 10:00 | 上午10:00 | 10:00 a.m. |
| 11:00 | 上午11:00 | 11:00 a.m. |
| 12:00 | 中午12:00 正午12:00 下午12:00 |
12:00 noon 12:00 p.m. |
| 13:00 | 下午01:00 | 01:00 p.m. |
| 14:00 | 下午02:00 | 02:00 p.m. |
| 15:00 | 下午03:00 | 03:00 p.m. |
| 16:00 | 下午04:00 | 04:00 p.m. |
| 17:00 | 下午05:00 | 05:00 p.m. |
| 18:00 | 下午06:00 | 06:00 p.m. |
| 19:00 | 下午07:00 | 07:00 p.m. |
| 20:00 | 下午08:00 | 08:00 p.m. |
| 21:00 | 下午09:00 | 09:00 p.m. |
| 22:00 | 下午10:00 | 10:00 p.m. |
| 23:00 | 下午11:00 | 11:00 p.m. |
| 24:00 （次日00:00） |
午夜12:00 子夜12:00 凌晨12:00 |
12:00 midnight 12:00 a.m. |
24小时
24小时（口语12小时）
两者混用
12小时
在24小时之中的时间书写的格式为“小时:分钟”（例如，01:23），或者为“小时:分钟:秒钟”（01:23:45）。不足10的数字前面要补充一个零。这个零在小时部分并不是必须的，但却非常广泛的使用，尤其是在有很多具体规定的计算机应用中（例如，ISO 8601）。在精确度高于秒的环境下，秒后可使用十进制来表示，小数点后面的部分跟在小数点或者点符号的后面，例如01:23:45.678。在24小时之中，一天开始于子夜，00:00，每天的最后一分钟开始于23:59而结束于24:00。某一天的24:00等同于其下一天的00:00。数字时钟显示从00:00到23:59，它从不会显示出24:00。这样，从23:59:59.999到00:00:00.000就可以精确的确定新一天的开始。但是，24:00的表示方法更能明确的确定一天的结束时间。
一些电子钟用“24:00:00”来表达闰秒，闰秒的显示方式是“23:59:60”。
十二小时制和二十四小时制从上午1:00到下午12:59（01:00到12:59）是相同的，除了在二十四小时制中没有AM/PM标记。从下午1:00到午夜12点（13:00到24:00）十二小时制加上12小时就能转换成为二十四小时制，从子夜12点到凌晨12:59（00:00到00:59）12小时制需要减掉12小时转换到24小时制。可以参见右侧的表格。
如果遇到要表达跨午夜的时段，在日本会使用三十小时制来表示以免混淆，例如要表达禁止停车时段22:00到隔天06:00，说明会写22:00~30:00。
另外，值得注意的是，使用十二小时制显示时间的系统通常会将中午表示为“12:00 PM”而将午夜表示为“12:00 AM”，习惯使用二十四小时制的人可能会对此产生理解错误。
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二十四小时制比起十二小时制有很多优点：
- 不会混淆上午的时间和下午的时间（在十二小时制中7点钟既可以指上午也可以指下午）。在日程表或类似的文件中，一眼就可以看清时间是上午还是下午。这对于需要全天24小时运作的机构尤其重要，例如航空公司、铁路的时刻表和军队。
- 能够精确描述某一天的时间。例如：“2月3日午夜12:00”就很难确定是“2月3日00:00”还是“2月4日00:00”（即“2月3日24:00”）。
- 二十四小时制在电脑领域中较易按时间顺序排列；而十二小时制因为“12:00 PM”和“12:00 AM”问题，写成档案名后自动排序中容易顺序颠倒或是上下午的档案混乱。
- 受到传统的行针式钟表影响，大部分人日常生活习惯上，都是使用十二小时制称呼及理解时间，例如下午5:00（17:00），日常生活中，一般都是以下午5:00称呼及理解，甚少会用17:00。
- 当使用二十四小时制，可能换算错误而出现误会，例如误以为18:00为下午8:00（正确为下午6:00）。
直到近代接受西方文明之前，东亚都是使用一日表针转一圈的24小时（或十二时辰）制。在清代，传入中国的西方制造的时钟均改为十二时辰式。
现在仍有很多24小时制的钟存世，如著名的布拉格天文钟，和格林威治的谢波德门钟。
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