تحتوي العديد من الصخور والكائنات الحية على نظائر مشعة ، مثل U-235 و C-14. هذه النظائر المشعة غير مستقرة ، وتتحلل بمرور الوقت بمعدل يمكن التنبؤ به. عندما تتحلل النظائر ، فإنها تطلق جزيئات من نواتها وتصبح نظيرًا مختلفًا. النظير الأصل هو النظير الأصلي غير المستقر ، والنظائر الابنة هي المنتج المستقر للانحلال. نصف العمر هو مقدار الوقت الذي يستغرقه تحلل نصف النظائر الأم. يحدث الانحلال على مقياس لوغاريتمي. على سبيل المثال ، يبلغ عمر النصف لـ C-14 5730 سنة. في أول 5730 سنة ، سيفقد الكائن الحي نصف نظائر C-14. في غضون 5730 عامًا أخرى ، سيفقد الكائن الحي نصفًا آخر من نظائر C-14 المتبقية. تستمر هذه العملية بمرور الوقت ، حيث يفقد الكائن الحي نصف نظائر C-14 المتبقية كل 5730 عامًا.
يتم جمع الأحافير جنبًا إلى جنب مع الصخور التي توجد من نفس الطبقات. يتم فهرسة هذه العينات وتحليلها بعناية باستخدام مطياف الكتلة. مطياف الكتلة قادر على إعطاء معلومات حول نوع وكمية النظائر الموجودة في الصخر. وجد العلماء نسبة النظير الأم إلى نظير الابنة. بمقارنة هذه النسبة بمقياس نصف العمر اللوغاريتمي للنظير الأم ، يمكنهم معرفة عمر الصخر أو الحفرية المعنية.
هناك العديد من النظائر المشعة الشائعة التي تُستخدم لتأريخ الصخور والتحف والحفريات. الأكثر شيوعًا هو U-235. يوجد اليورانيوم 235 في العديد من الصخور النارية والتربة والرواسب. يتحلل اليورانيوم 235 إلى Pb-207 بعمر نصف يبلغ 704 مليون سنة. نظرًا لعمره النصفي الطويل ، فإن U-235 هو أفضل نظير للتأريخ الإشعاعي ، خاصةً الحفريات والصخور القديمة.
C-14 هو نظير مشع آخر يتحلل إلى C-12. يوجد هذا النظير في جميع الكائنات الحية. بمجرد موت الكائن الحي ، يبدأ C-14 بالتحلل. ومع ذلك ، فإن عمر النصف لـ C-14 هو 5730 سنة فقط. نظرًا لعمرها النصفي القصير ، فإن عدد نظائر C-14 في العينة لا يكاد يذكر بعد حوالي 50000 عام ، مما يجعل من المستحيل استخدامها لتأريخ العينات القديمة. يستخدم C-14 غالبًا في تأريخ القطع الأثرية من البشر.