Daugelyje uolienų ir organizmų yra radioaktyvių izotopų, tokių kaip U-235 ir C-14. Šie radioaktyvieji izotopai yra nestabilūs, laikui bėgant suyra numatomu greičiu. Skildami izotopams, jie atiduoda daleles iš savo branduolio ir tampa kitokiu izotopu. Pirminis izotopas yra pirminis nestabilus izotopas, o dukteriniai izotopai yra stabilus skilimo produktas. Pusinės eliminacijos laikas yra laikas, per kurį pusė tėvų izotopų sugenda. Skilimas vyksta logaritminiu masteliu. Pavyzdžiui, C-14 pusinės eliminacijos laikas yra 5730 metų. Per pirmuosius 5 730 metų organizmas neteks pusės C-14 izotopų. Dar po 5 730 metų organizmas neteks dar pusės likusių C-14 izotopų. Šis procesas tęsiasi bėgant laikui, organizmui kas 5 730 metų prarandant pusę likusių C-14 izotopų.
Fosilijos renkamos kartu su uolienomis, kurios atsiranda iš tų pačių sluoksnių. Šie mėginiai kruopščiai kataloguojami ir analizuojami masių spektrometru. Masės spektrometras gali suteikti informacijos apie uoloje randamų izotopų tipą ir kiekį. Mokslininkai nustato pirminio ir dukterinio izotopo santykį. Palyginę šį santykį su pirminio izotopo pusinės eliminacijos periodo logaritmine skale, jie gali rasti atitinkamos uolienos ar fosilijos amžių.
Yra keletas įprastų radioaktyviųjų izotopų, kurie naudojami uolienų, dirbinių ir fosilijų datavimui. Labiausiai paplitęs yra U-235. U-235 yra daugelyje magminių uolienų, dirvožemyje ir nuosėdose. U-235 suyra iki Pb-207, jo pusinės eliminacijos laikas yra 704 milijonai metų. Dėl ilgo pusinės eliminacijos laiko U-235 yra geriausias radioaktyviųjų datų izotopas, ypač senesnių fosilijų ir uolienų.
C-14 yra kitas radioaktyvus izotopas, kuris skyla į C-12. Šis izotopas yra visuose gyvuose organizmuose. Kai organizmas miršta, C-14 pradeda irti. Tačiau C-14 pusinės eliminacijos laikas yra tik 5730 metų. Dėl trumpo pusinės eliminacijos periodo C-14 izotopų skaičius mėginyje yra nereikšmingas maždaug po 50 000 metų, todėl neįmanoma jų naudoti senesnių mėginių datavimui. C-14 dažnai naudojamas pasimatymuose apie žmogaus daiktus.
