Первоначально было намечено за единицу массы принять массу одного кубического дециметра воды при температуре 4° С (при наибольшей плотности воды). Однако большие трудности воспроизведения единицы массы указанным путем привели к закреплению результата измерений в форме гири из сплава платины и иридия. Созданный одновременно с платиноиридиевым прототипом метра, прототип килограмма с аналогичными ему копиями до настоящего времени является носителем и воплощением единицы массы—килограмма.
В состав государственного эталона килограмма входят:
1. Копия международного прототипа килограмма — платиноиридиевый эталон, носящий знак №12 и представляющий собой гирю в виде прямого цилиндра с закругленными ребрами диаметром и высотой 39 мм.
2. Равноплечие призменные весы № 1 на 1кг с дистанционным управлением, изготовленные фирмой Рупрехт, служащие для передачи размера единицы массы вторичным эталонам.
3. Равноплечие призменные весы № 2 на 1 кг с дистанционным управлением, изготовленные «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева», служащие также для передачи размера единицы массы вторичным эталонам. Платиноиридиевый эталон килограмма № 12 был изготовлен в 1883 г. из металла той же плавки, что и международный прототип килограмма. Он хранится на кварцевой подставке под двумя стеклянными колпаками в стальном шкафу, помещенном в хранилище эталонов. Эталон хранится при атмосферном давлении, температуре (20±3)°С и относительной влажности воздуха 65%.
Чтобы предохранить износ эталона, с ним сличают только два эталона-копии один раз в десять лет. Размер единиц от первичного эталона к рабочим передается с помощью эталонов-копий.
Погрешность воспроизведения единицы массы эталоном килограмма 2×10-9. Таким образом, эталон килограмма позволяет записывать результат измерения массы в лучшем случае числом из девяти цифр.