Με τη ραδιοχρονολόγηση γίνεται ο προσδιορισμός της ηλικίας νεκρής οργανικής ύλης, κεραμικών, απολιθωμάτων, γεωλογικών δειγμάτων, ορυκτών.

Η μέθοδος βασίζεται στη μέτρηση της ραδιενέργειας που εκπέμπουν τα ευρήματα. Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε στοιχείο και κάθε ισότοπο ενός ραδιενεργού στοιχείου έχει τη δική του χαρακτηριστική τιμή χρόνου ημιζωής. Δηλαδή, οι ραδιενεργοί (μητρικοί) πυρήνες μετατρέπονται σταδιακά σε (θυγατρικούς) σταθερούς πυρήνες σε καθορισμένο χρόνο, που είναι διαφορετικός για κάθε ισότοπο.

Έτσι ο λόγος της απομένουσας ποσότητας από το αρχικό ραδιενεργό ισότοπο προς το σύνολο των προϊόντων της διάσπασης (μητρικοί πυρήνες/ θυγατρικοί πυρήνες) χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ηλικίας των ευρημάτων. Λόγου χάρη με τον προσδιορισμό της αναλογίας ουρανίου-238 προς το μόλυβδο-206 στους βράχους έχει προσδιοριστεί ότι η ηλικία της Γης είναι περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια.

Παρόμοιες τιμές λαμβάνονται και για τους μετεωρίτες που έχουν πέσει στην επιφάνεια της Γης, καθώς επίσης και για τα δείγματα πετρωμάτων της Σελήνης που έφερε το πλήρωμα του αμερικανικού διαστημόπλοιου Απόλλων -11, που είχε προσεδαφιστεί στη Σελήνη τον Ιούλιο 1969, δείχνοντας ότι ολόκληρο το ηλιακό σύστημα έχει πιθανόν την ίδια σχεδόν ηλικία με τη Γη.
Στην αρχαιολογία μια συνήθης μέθοδος προσδιορισμού της ηλικίας των ευρημάτων είναι η ραδιοχρονολόγηση άνθρακα.

Το στοιχείο του άνθρακα στη φύση συναντάται σε μορφή άνθρακας -12 και σε μικρό ποσοστό, περίπου 10^-6 %, σε μορφή του ισοτόπου άνθρακας -14. Αυτό το ισότοπο βρίσκεται στην ατμόσφαιρα της Γης και σχηματίζεται με σταθερό ρυθμό στην ανώτερη ατμόσφαιρα από τις αλληλεπιδράσεις της κοσμικής ακτινοβολίας με το στοιχείο άζωτο. Το ισότοπο άνθρακας -14 είναι ραδιενεργό, έχει περίοδο ημιζωής 5730 χρόνια και διασπάται εκπέμποντας σωμάτια β.

Όλοι οι οργανισμοί αφομοιώνουν ίχνη του ραδιενεργού ισοτόπου άνθρακας -14 με τη διατροφή και την αναπνοή και κατά τη διάρκεια της ζωής τους το ποσοστό του στο σώμα τους είναι σταθερό. Μόλις όμως ο οργανισμός πεθάνει, παύει η αναπλήρωσή του και το ποσοστό του ισοτόπου του άνθρακα -14 ελαττώνεται σταθερά με ρυθμό 50% κάθε 5730 έτη.

Αν σε ένα οργανικό υλικό υπήρχε αρχικά 1 kg άνθρακα-14, 22 920 χρόνια μετά
τη νέκρωσή του θα ανιχνευτούν μόλις 62,5 g άνθρακα-14. Έτσι, η ηλικία ενός
αρχαίου οργανικού υλικού μπορεί να υπολογιστεί, αν μετρήσουμε την ποσότητα του
άνθρακα-14 που έχει απομείνει σήμερα.

Έτσι, είναι δυνατό να εκτιμηθεί το χρονικό διάστημα που έχει παρέλθει από τη στιγμή που ένας οργανισμός σταμάτησε να ζει. Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται για χρονικές περιόδους έως 50 000 χρόνια πριν.