Muchas rocas y organismos contienen isótopos radiactivos, como U-235 y C-14. Estos isótopos radiactivos son inestables y se desintegran con el tiempo a un ritmo predecible. A medida que los isótopos se desintegran, emiten partículas de su núcleo y se convierten en un isótopo diferente. El isótopo padre es el isótopo inestable original y los isótopos hijos son el producto estable de la desintegración. La vida media es la cantidad de tiempo que tarda la mitad de los isótopos originales en descomponerse. La desintegración se produce en una escala logarítmica. Por ejemplo, la vida media del C-14 es de 5.730 años. En los primeros 5.730 años, el organismo perderá la mitad de sus isótopos C-14. En otros 5.730 años, el organismo perderá otra mitad de los isótopos C-14 restantes. Este proceso continúa con el tiempo, y el organismo pierde la mitad de los isótopos C-14 restantes cada 5.730 años.
Los fósiles se recolectan junto con rocas que se encuentran en los mismos estratos. Estas muestras se catalogan y analizan cuidadosamente con un espectrómetro de masas. El espectrómetro de masas puede dar información sobre el tipo y la cantidad de isótopos que se encuentran en la roca. Los científicos encuentran la relación entre el isótopo padre y el isótopo hijo. Al comparar esta relación con la escala logarítmica de la vida media del isótopo original, pueden encontrar la edad de la roca o el fósil en cuestión.
Hay varios isótopos radiactivos comunes que se utilizan para fechar rocas, artefactos y fósiles. El más común es el U-235. El U-235 se encuentra en muchas rocas ígneas, suelos y sedimentos. El U-235 se desintegra en Pb-207 con una vida media de 704 millones de años. Debido a su larga vida media, el U-235 es el mejor isótopo para la datación radiactiva, particularmente de fósiles y rocas más antiguos.
El C-14 es otro isótopo radiactivo que se descompone en C-12. Este isótopo se encuentra en todos los organismos vivos. Una vez que un organismo muere, el C-14 comienza a descomponerse. Sin embargo, la vida media del C-14 es de solo 5.730 años. Debido a su corta vida media, el número de isótopos C-14 en una muestra es insignificante después de unos 50.000 años, lo que hace imposible su uso para fechar muestras más antiguas. El C-14 se usa a menudo para fechar artefactos de humanos.