Багато гірських порід та організмів містять радіоактивні ізотопи, такі як U-235 та C-14. Ці радіоактивні ізотопи нестійкі, з часом розпадаються із передбачуваною швидкістю. У міру розпаду ізотопів вони віддають частинки зі свого ядра і стають іншим ізотопом. Батьківський ізотоп - вихідний нестабільний ізотоп, а дочірні ізотопи - стабільний продукт розпаду. Період напіввиведення - це проміжок часу, протягом якого половина батьківських ізотопів розпадається. Розпад відбувається в логарифмічному масштабі. Наприклад, період напіввиведення С-14 становить 5730 років. У перші 5730 років організм втратить половину своїх ізотопів С-14. Ще через 5730 років організм втратить ще половину решти ізотопів С-14. Цей процес триває з часом, при цьому організм втрачає половину решти ізотопів С-14 кожні 5730 років.
Скам'янілості збираються разом із гірськими породами, що походять з одних і тих же шарів. Ці зразки ретельно каталогізуються та аналізуються за допомогою мас-спектрометра. Мас-спектрометр здатний надати інформацію про тип і кількість ізотопів, знайдених в гірській породі. Вчені знаходять співвідношення батьківського ізотопу до дочірнього ізотопу. Порівнюючи це співвідношення з логарифмічною шкалою напіврозпаду материнського ізотопу, вони можуть знайти вік породи або копалини, про яку йде мова.
Існує кілька поширених радіоактивних ізотопів, які використовуються для датування порід, артефактів та копалин. Найпоширенішим є U-235. U-235 міститься в багатьох магматичних породах, ґрунті та осадах. U-235 розпадається до Pb-207 з періодом напіввиведення 704 мільйони років. Завдяки своєму тривалому періоду напіввиведення, U-235 є найкращим ізотопом для радіоактивного датування, особливо старих скам’янілостей та гірських порід.
С-14 - ще один радіоактивний ізотоп, який розпадається до С-12. Цей ізотоп міститься у всіх живих організмах. Як тільки організм гине, С-14 починає розкладатися. Однак період напіввиведення С-14 становить лише 5730 років. Через короткий період напіввиведення кількість ізотопів С-14 у зразку є незначною приблизно через 50 000 років, що робить неможливим використання для датування старих зразків. C-14 часто використовується при датуванні артефактів від людей.