Le BIPM a eu pour mission dès l'origine d'établir et de diffuser le système métrique dans le monde par la conservation des prototypes internationaux du mètre et du kilogramme, par la fabrication de copies de ces prototypes, par la conservation des nouveaux prototypes, par la comparaison des différents systèmes d'étalons nationaux de mesure aux prototypes internationaux du mètre et du kilogramme, et par le perfectionnement des méthodes de mesure, afin de promouvoir la métrologie et donc d'assurer l'unification mondiale des mesures. Pour accompagner les progrès de l'industrie, les missions du BIPM ont été étendues à de nouveaux domaines de la technologie, et aux étalons de mesure électriques (1937), photométriques (1937), des rayonnements ionisants (1960), du temps (1988) et de la chimie (2000).

Le BIPM a été chargé d'établir les fondements d'un système unique et cohérent de mesures physiques dans le monde. Le système d'unités choisi en 1875 était le système métrique. Ce système a évolué, et en 1960 la 11e Conférence générale des poids et mesures (CGPM) a adopté le Système international d'unités (SI). Le SI n'est pas statique ; il évolue pour répondre aux besoins toujours croissants en matière de mesure, à tous les niveaux de précision et dans tous les domaines des sciences et de la technologie.

Les définitions des unités de base du SI ont été révisées au cours des années pour répondre à l'évolution des besoins et à l'accroissement de la précision requise pour les mesures industrielles et commerciales. Dans le SI, toutes les unités de mesure se rattachent à un nombre restreint d'unités de base. Les méthodes de mesure et les étalons sont constamment améliorés et renouvelés, et plus les mesures gagnent en précision et en exactitude, et plus il faut définir les unités de mesure avec une précision accrue. Les activités liées aux constantes et aux étalons fondamentaux, et leur extension à de nouveaux domaines d'application, dans les laboratoires nationaux de métrologie et au BIPM n'auront sans doute jamais de fin.

Cette évolution se reflète dans le changement de la définition du mètre, qui n'est plus fondée sur un étalon matériel ou artefact. Bien qu'universelle, la mise en pratique de la définition du mètre, comme unité de longueur, fondée sur une partie du quart du méridien terrestre était difficile à mettre en ?uvre. Le mètre originel de 1799 était fondé sur des mesures faites le long du méridien de Dunkerque à Barcelone ; cela représentait une tentative de réalisation de cette mesure de longueur. Le mètre a été défini par un artefact jusqu'en 1960, date à laquelle sa définition a été modifiée pour être fondée sur la mesure de la longueur d'onde de la radiation orangée émise par des atomes excités d'un isotope de krypton. Cette définition a ensuite été remplacée en 1983 par la définition actuelle, fondée sur la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide. La définition actuelle de l'unité SI de longueur est le suivante : « Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde. »

	The difficulty lies, not in new ideas, but in escaping the old ones, which ramify into every corner of our minds. John Maynard Keynes

Les domaines d'application de la métrologie sont illimités, et au fur et à mesure que de nouveaux domaines d'étude deviennent accessibles à la connaissance, il faut établir de nouveaux instruments de mesure et parfois même définir de nouvelles unités de mesure. La métrologie est une branche des sciences qui ne cesse de remettre en question la notion du possible et de l'impossible.