Много скали и организми съдържат радиоактивни изотопи, като U-235 и C-14. Тези радиоактивни изотопи са нестабилни и се разлагат с течение на времето с предвидима скорост. С разпадането на изотопите те отделят частици от ядрото си и се превръщат в различен изотоп. Родителският изотоп е първоначалният нестабилен изотоп, а дъщерните изотопи са стабилният продукт на разпадането. Полуживотът е времето, необходимо на разпадането на половината от родителските изотопи. Разпадът се случва в логаритмичен мащаб. Например, полуживотът на C-14 е 5730 години. През първите 5730 години организмът ще загуби половината от своите изотопи С-14. След още 5 730 години организмът ще загуби още половината от останалите изотопи С-14. Този процес продължава с течение на времето, като организмът губи половината от останалите изотопи C-14 на всеки 5 730 години.
Вкаменелостите се събират заедно с камъни, които се срещат от същите пластове. Тези проби се каталогизират внимателно и се анализират с мас спектрометър. Масспектрометърът е в състояние да даде информация за вида и количеството изотопи, открити в скалата. Учените откриват съотношението между родителския изотоп и дъщерния изотоп. Сравнявайки това съотношение с логаритмичната скала на полуживот на родителския изотоп, те могат да намерят възрастта на въпросната скала или вкаменелост.
Има няколко често срещани радиоактивни изотопи, които се използват за датиране на скали, артефакти и фосили. Най-често срещаният е U-235. U-235 се намира в много магматични скали, почва и утайки. U-235 се разпада до Pb-207 с период на полуразпад 704 милиона години. Поради дългия си период на полуразпад U-235 е най-добрият изотоп за радиоактивно датиране, особено на по-стари вкаменелости и скали.
С-14 е друг радиоактивен изотоп, който се разпада до С-12. Този изотоп се намира във всички живи организми. След като един организъм умре, C-14 започва да се разпада. Полуживотът на C-14 обаче е само 5730 години. Поради краткия полуживот броят на изотопите C-14 в пробата е незначителен след около 50 000 години, което прави невъзможно използването им за датиране на по-стари проби. C-14 се използва често при датиране на артефакти от хора.