Molte rocce e organismi contengono isotopi radioattivi, come l'U-235 e il C-14. Questi isotopi radioattivi sono instabili e decadono nel tempo a una velocità prevedibile. Quando gli isotopi decadono, emettono particelle dal loro nucleo e diventano un isotopo diverso. L'isotopo genitore è l'isotopo instabile originale e gli isotopi figli sono il prodotto stabile del decadimento. L'emivita è la quantità di tempo che impiega metà degli isotopi genitori a decadere. Il decadimento avviene su scala logaritmica. Ad esempio, l'emivita del C-14 è di 5.730 anni. Nei primi 5.730 anni l'organismo perderà metà dei suoi isotopi C-14. In altri 5.730 anni, l'organismo perderà un'altra metà dei restanti isotopi C-14. Questo processo continua nel tempo, con l'organismo che perde metà dei restanti isotopi C-14 ogni 5.730 anni.
I fossili vengono raccolti insieme a rocce che si verificano dagli stessi strati. Questi campioni vengono accuratamente catalogati e analizzati con uno spettrometro di massa. Lo spettrometro di massa è in grado di fornire informazioni sul tipo e sulla quantità di isotopi presenti nella roccia. Gli scienziati trovano il rapporto tra isotopo genitore e isotopo figlia. Confrontando questo rapporto con la scala logaritmica dell'emivita dell'isotopo genitore, sono in grado di trovare l'età della roccia o del fossile in questione.
Esistono diversi isotopi radioattivi comuni che vengono utilizzati per datare rocce, manufatti e fossili. Il più comune è l'U-235. L'U-235 si trova in molte rocce ignee, suolo e sedimenti. L'U-235 decade in Pb-207 con un'emivita di 704 milioni di anni. A causa della sua lunga emivita, l'U-235 è il miglior isotopo per la datazione radioattiva, in particolare di fossili e rocce più antichi.
Il C-14 è un altro isotopo radioattivo che decade in C-12. Questo isotopo si trova in tutti gli organismi viventi. Una volta che un organismo muore, il C-14 inizia a decadere. L'emivita del C-14, tuttavia, è di soli 5.730 anni. A causa della sua breve emivita, il numero di isotopi C-14 in un campione è trascurabile dopo circa 50.000 anni, rendendo impossibile l'uso per la datazione di campioni più vecchi. Il C-14 è usato spesso per datare manufatti umani.
