平凡的岩石充斥著我們日常的視野，這些岩石的年齡是怎麼被揭示出來的呢？地質學家在很長一段時間內，都只能確定不同岩石之間的相對新老關係，而無法精確得知它們的具體年齡--當時採用的研究方法被稱為相對地質年代學。相對地質年代學主要依靠地層、岩石、古生物和古地磁等研究手段。依據地層層序、沉積構造等特徵，辨別哪些岩層形成較早，哪些形成較晚;不同的地層中，保存的生物化石不一樣，根據生物的演化順序，可以辨別地層沉積的先後順序;同一時期全球的生物具有相似性，因此可以對比全球的地層;一些具有特殊岩石或礦產的岩層，可作為確定相對地質年代的標誌，比如條帶狀磁鐵石英岩只形成於18億年前和距今8億~7億年之間;地球磁場改變的順序也可以用在測定相對地質年代上。
相對地質年代學無法得知岩石的精確年齡，因而有著不可忽視的局限性。而且，地層和生物化石的方法主要針對沉積岩，可另兩大類岩石--火成岩和變質岩大多不是以地層形式產出，要確定它們的相對新老便顯得困難多了。一直到20世紀初，當相對地質年代學走到了這樣的瓶頸期時，物理學的大突破為地質學帶來了新的曙光--絕對地質年代學誕生了。絕對地質年代學本質上就是放射性同位素年代學。同位素是指同一元素原子核內質子數相同而中子數不同的一類原子，它們在元素周期表中共同占據一個位置。有的同位素不穩定，能夠自發地放射出各種射線，被稱為放射性同位素。在射出各種射線的同時，這些同位素衰變成其他同位素，例如鉀衰變成氬。所有的放射性同位素都遵循一個定律：衰變前的放射性同位素轉變為新同位素的速率，只和原來的原子數目成正比;更直觀地說，某种放射性元素的原子核發生衰變，無論有多少原子，只要衰變到只剩一半數量，所需要的時間（半衰期）是不變的。
岩石和礦物中含有的化學元素中就存在著微量的放射性同位素，如果知道了樣品中某种放射性同位素及其衰變產生的新同位素的含量，根據它們的比例和已知的半衰期時間，就相當於看到了“同位素時鐘”顯示的時間，可藉此精確計算出岩石形成的年齡。原理看似簡單，但是有一個基本前提要保證--在漫長的地質歷史時期，岩石、礦物中的該同位素只通過衰變自然變化，而沒有任何丟失和加入。換句話說，地質學家必須在岩石中找到一個封閉性非常好的“盒子”，來確保裡面的放射性同位素在漫長的歷史時期不受任何外界影響。經過多年的試驗研究，科學家找到了一些封閉性好的礦物，它們能夠很好地保存岩石中的放射性同位素信息，又大量存在於各個時期形成的岩漿岩和變質岩中，比如鋯石、獨居石、黑雲母等。
目前，地學家測定岩石年齡經常使用的同位素衰變體系有鈾-釷-鉛、釤-釹、銣-鍶、鉀-氬和碳-14等。不同的放射性同位素衰變的時間常數有長有短，比如鈾-釷衰變體系的半衰期很長，適合用來測定有數億年歷史的古老岩石;碳-14的半衰期只有5000多年，就被用來測定比較年輕的岩石的年齡。因此，科學家可以選擇合適的礦物，利用合理的同位素衰變體系給各式各樣的岩石測定年齡。