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Tra le innovazioni proposte dalla Rolex sul mercato dell'orologeria ci sono i primi orologi impermeabili con il datario, con il fuso orario e, cosa più importante, i primi orologi da polso a ottenere la richiestissima certificazione di cronometro. La Rolex detiene tuttora il record per maggior numero di meccanismi certificati.

Un altro fatto quasi sconosciuto è che la Rolex partecipò allo sviluppo della tecnologia al quarzo anche per contrastare il forte sviluppo delle case giapponesi che stavano a loro volta sviluppando i propri movimenti. Nonostante inserì pochi modelli nella propria linea, i tecnici e gli ingegneri della casa furono determinanti nello studio della nuova tecnologia a cavallo tra gli anni sessanta e settanta. Nel 1968 la Rolex collaborò con un consorzio di 16 produttori svizzeri per creare il movimento al quarzo Beta 21 usato nel proprio Quartz Date. Gli sforzi della Imitazioni orologi culminarono dopo cinque anni di ricerca, disegno e sviluppo nella creazione del movimento "clean-slate" 5035/5055 che avrebbe alimentato l'Oysterquartz - secondo alcuni il miglior movimento al quarzo mai creato.

Il primo orologio a carica automatica venne presentato nel 1931, potenziato da un meccanismo interno che sfruttava il movimento del braccio e che, oltre a rendere inutile il caricamento a mano, eliminò i problemi tecnici che ne compromettevano il funzionamento. La Rolex fu anche la prima azienda a creare un vero orologio impermeabile, altra pietra miliare. Wilsdorf arrivò a creare uno speciale Rolex che nel 1960 venne ancorato al batiscafo Trieste e trascinato nella Fossa delle Marianne. L'orologio resistette e dimostrò di aver mantenuto un funzionamento corretto durante la discesa e la risalita. Questo fatto venne confermato attraverso un telegramma spedito alla Rolex il giorno seguente che recitava

In questo modo la Rolex si creò la reputazione di orologi validi anche per immersioni subacquee, aviazione e alpinismo, grazie anche a Chuck Yeager, il primo pilota a portare un aereo oltre la barriera del suono con al polso un Rolex acquistato da lui personalmente. Tra i primi modelli sportivi faceva parte il Rolex Submariner e il Rolex Sea-Dweller Submariner 2000 (2.000 ft = 610 m) (1971). Questo orologio vantava una valvola a rilascio di elio (inventata con l'aiuto della collega svizzera Doxa SA) che lasciava defluire il gas durante la decompressione. Altro modello sportivo fu il Rolex GMT-Master, sviluppato originariamente su richiesta delle aerolinee Pan Am, in grado di assistere i piloti nei voli transcontinentali, per la presenza di una lancetta 24 ore e di una ghiera graduata e rotante. I modelli della linea Explorer vennero creati per gli esploratori che si muovevano su terreni accidentati, in seguito all'impresa compiuta da Sir Edmund Hillary e dallo sherpa Tenzing Norgay che per primi arrivarono in cima all'Everest, portando al polso un antenato dell'attuale Explorer.

Da un punto di vista più glamour James Bond, il personaggio di Ian Fleming, indossava un Rolex nella serie di romanzi dell'autore. Nei primi film il mitico Sean Connery portava al polso un Rolex Submariner senza datario e con cinturino in tessuto militare. Nei film successivi con Pierce Brosnan e quelli con Daniel Craig, l'orologio divenne un Omega Seamaster, in seguito all'alleanza del marchio Omega con i produttori dei film per la promozione dei propri orologi.

Un capitolo a parte merita il modello Cosmograph Daytona. "Il cronografo a carica manuale dei primi anni '60, nato semplicemente come Rolex Cosmograph (la scritta Daytona viene aggiunta solo in un secondo tempo), riceve un'accoglienza piuttosto fredda, certamente non paragonabile al fenomeno che è oggi. Non dobbiamo infatti dimenticare che a quell'epoca erano di moda orologi più classici e ultrapiatti: un modello così sportivo e moderno non si accordava con i gusti di allora. Questo snobismo commerciale proseguirà per quasi un ventennio, prima con la nascita dei modelli al quarzo negli anni '70, e poi ancora negli anni '80, quando l'orologio a carica manuale viene considerato obsoleto. Nella ricerca della durata e dell'affidabilità, Rolex interviene sostituendo ai calibri Valjoux a carica manuale, l'eccezionale movimento dello Zenith El Primero, il miglior movimento industriale a carica automatica allora esistente sul mercato. Rolex apporterà numerose modifiche per allinearlo ai propri standard, con veri e propri interventi strutturali, come l'eliminazione del datario e la riduzione delle frequenze di oscillazione da 36.000 a 28.800 alternanze, sostituendo il bilanciere originale con il proprio, basato sul meccanismo di regolazione a microstella, già collaudato sui cronografi degli anni '60. Tutto ciò porta alla realizzazione del calibro 4030 come movimento per il primo cronografo automatico: il Daytona ref. 16520. Nel 1988, il lancio del nuovo Rolex Oyster Perpetual Cosmograph Daytona incontra un favore di pubblico enorme. La scarsa produzione da parte di Rolex, dovuta anche alla poca disponibilità del calibro base Zenith, scatena all'inizio degli anni '90 un vero e proprio boom collezionistico. Per i modelli precedenti, ovvero tutti i cronografi Daytona a carica manuale, l'exploit avviene solo qualche anno dopo, rendendo ancora oggi questo orologio oggetto del desiderio degli appassionati di tutto il mondo.. Nel 2000 Rolex presenta il nuovo modello Daytona referenza n. 116520, l'orologio risulta essere ora di completa manifattura Orologi rolex anche nel meccanismo.

La Rolex dal 2006 ha iniziato ad impiegare per la costruzione dei propri manufatti, oltre all'oro e al platino, l'acciaio 904L, ritenuto il migliore per l'eccellente resistenza alla corrosione anche a contatto con acido acetico, fosforico, solforico, soluzioni clorurate, acqua di mare anche ad alte temperature. Sinora è l'unico marchio ad utilizzare tale materiale, peraltro di propria fabbricazione.