Zählung periodischer Vorgänge
Dendrochronologie: Hierbei werden die Jahresringe von Bäumen gezählt. Jahresringe von Jahren mit guten Bedingungen sind breiter als solche von Jahren mit schlechten Lebensbedingungen. Da für alle Bäume einer Art in einem bestimmten Gebiet die Lebensbedingungen gleich sind, weisen also alle gleichen Bäume dieser Region das gleiche charakteristische Muster von schmalen und breiten Jahresringen auf. In einigen Gebieten konnten so für einige Baumarten lückenlose Jahresringtabllen für die letzten 10.000 Jahre erstellt werden, sonst meistens für die letzten 5.000 Jahre. Holzproben aus dieser Zeit können anhand dieser Tabellen verglichen und aufs Jahr genau datiert werden.

Warvenchronologie: Dieser liegt die Tatsache zu Grunde, dass in Meeresbecken und in Seen sich jahrezeitlich bedingt toniges Material ablagert. In Zeiten starker Wasserzufuhr, z.B. nach der Schneeschmelze, lagert sich helles Material ab, bei schwacher Wasserzufuhr dunkles Material. Eine Schichtenpaar (dunkel und hell), auch als Warve bezeichnet, bildet dann das Ergebnis der Ablagerung innerhalb eines Jahres. Durch Auszählung dieser Warven kann schließlich das Alter der verschiedenen Bodenschichten ermittelt werden.
 Insbesondere für Gegenden mit starker Schneeschmelze ist dieses Verfahren geeignet. Für die Eifelregion gibt es eine Chronologie der letzten 23.000 Jahre, für einen japanischen See für 45.000 Jahre und für den Lago Grande di Monticchio in Süditalien sogar für die letzten 76.000 Jahre.

Zu den biologischen Verfahren der Geochronologie gehört die Lichenometrie und die Dendrochronologie. Bei der Lichenometrie werden besonders langsam wachsende Pflanzenarten wie Flechten betrachtet. Ihre Ausprägung und Flächenbedeckung ist stark vom Klima in der Region abhängig. Besonders im Hochgebirge oder in den Polregionen können dann Geschehnisse der letzten ca. 1.300 Jahre ermittelt werden.

Beim so genannten Fluortest wird der Anteil von Fluor in Knochen und Zähnen von konservierten Tieren ermittelt, das sich durch die Einwirkung des Grundwassers dort ansammelt. Bei solchen Funden kann dann nach der Fluormenge das Alter des Bodens oder Gesteins bestimmt werden, in dem die Überreste der Tiere gefunden wurden.
Die Ioniummethode ähnelt der Radiokarbonmethode. Radioaktives Uran, das sich auf dem Meeresboden ablegt, zerfällt allmählich in verschiedene Elemente wie Ionium, das dann weiter zu Radon zerfällt. Ist Ionium vorhanden, kann das genaue Alter der Bodenschicht bestimmt werden. Bei der Karbonatmethode werden Kalkschalen von abgestorbenen Tieren im Meer untersucht. Je nach Temperatur des Wassers, in dem die Tiere gelebt haben, bildete sich eine spezielles Verhältnis zwischen den Sauerstoffisotopen O16 und O18. Die Wassertemperatur der prähistorischen Zeit gibt dann Aufschlüsse über das damals herrschende Klima in der Region.

Eisbohrkerne: Hier werden die Schichten gezählt, die jedes Jahr durch den Schneefall gebildet werden.
 

Thermolumineszenz

Das Prinzip der Thermolumineszenzdatierung (TL - Datierung) basiert auf der Speicherung von Informationen über die absorbierte Energie ionisierender Strahlung in anorganischen Kristallen (z.B. Quarz oder Feldspat), welche in allen Keramiken enthalten sind. In einem Kristallgitter können durch radioaktive Strahlung freie Elektronen dauerhaft angeregt werden. Werden diese Kristalle im Labor über eine bestimmte Temperatur (etwa 300 °C) erhitzt, so kehren die Elektronen in ihren Ausgangszustand zurück. Dabei wird Licht emittiert. Aus der Temperatur, aus der Intensität und dem Spektrum der  Thermolumineszenz und anderen Parametern lässt sich das Alter der Probe ermitteln. Diese Methode ist für Quarz- und Feldspatkristalle geeignet und findet besonders in der Archäologie bei der Altersbestimmung von  Keramikfunden Anwendung.

Radiometrische Altersbestimmung

Die Entdeckung der Radioaktivität (1896) eröffnete die Möglichkeit der radiometrischen Altersbestimmung.

Grundlegende Theorie :

Die Atome radioaktiver Isotope, beispielsweise Uran (U) und Thorium (Th), zerfallen gesetzmäßig zu nichtradioaktiven Isotopen. Von 327 natürlich vorkommenden Isotopen sind 55 radioaktiv. (Isotope sind Atome eines Elements, die sich in der Atommasse unterscheiden, aber die gleichen Ordnungszahl besitzen. Isotope haben die gleichen chemischen Eigenschaften.)

Dieser Zerfall wird von einer Emission von Strahlung oder Teilchen (Alphateilchen, Beta- und Gammastrahlen) aus dem Atomkern begleitet. Manche Isotope (Mutterisotope")  zerfallen in einem Schritt zu einem stabilen Endprodukt, (beispielsweise Kohlenstoff-14); bei anderen vollzieht sich der Zerfall bis zur Bildung eines stabilen Isotops über mehrere Schritte, also über mehrere Tochterisotope". Mehrstufige radioaktive Zerfallsreihen treten z. B. bei Uran 235, Uran 238 und Thorium  232 auf. In einer bestimmten Zeit zerfällt ein bestimmter Teil des Mutterisotops.

Die Zeit,  in der die Hälfte der Ausgangsmenge zerfällt, wird Halbwertszeit genannt. Das können Mikrosekunden sein oder aber auch einige Milliarden Jahre. Zehn radioaktive Isotope besitzen Halbwertszeiten im Rahmen der  Erdgeschichte, sie kommen für die radiometrische Altersbestimmung von Gesteinen in Frage.

Jedes radioaktive Element besitzt dabei seine eigene Halbwertszeit; die von Kohlenstoff-14 beträgt 5730 Jahre, die von Uran  238 4,5 Milliarden Jahre.

Bei der radiometrischen Altersbestimmung wird das Mengenverhältnis Mutter-/Tochterisotop in einem Mineral festgestellt. Das Ergebnis  bedarf sorgfältiger geologischer Interpretationen, denn nur unter günstigen Bedingungen ist das radiometrische Alter der Mineralien gleich dem Alter der Gesteine. Dieses radiometrische Alter kann die primäre Bildung aus  einem Magma sein, aber auch eine spätere metamorphe Umwandlung oder eine Beeinflussung durch gebirgsbildende Vorgänge.

Radiocarbon-Methode (C¹⁴-Methode) (wird auf einer eigenen Seite dargestellt)

Kalium-Argon-Methode

Mit dem Zerfall von radioaktivem Kalium-40 zu Argon-40 und Calcium-40 können Gesteine mit einem Alter von 200 bis 800 Millionen Jahren (mit Argon) bzw. von eins bis zwei Milliarden Jahren (mit Calcium) datiert  werden. Kalium-40 kommt weit verbreitet in häufigen gesteinsbildenden Mineralien wie  Glimmern, Feldspäten und Hornblenden vor. Problematisch ist das Entweichen von Argon, wenn das Gestein Temperaturen über 125 °C ausgesetzt war, denn dadurch wird das Messergebnis verfälscht.

Rubidium-Strontium-Methode

Mit dieser zuverlässigen Methode können die ältesten Gesteine datiert werden. Sie basiert auf dem  Zerfall von Rubidium-87 zu Strontium-87 und wird häufig auch dafür eingesetzt, um Kalium-Argon-Datierungen zu überprüfen, da sich  Strontium bei geringer Erwärmung nicht verflüchtigt, wie es beim Argon der Fall ist.

Thorium-230

Thorium-Methoden eignen sich zur Datierung von Meeressedimenten. Das Uran im Meerwasser  zerfällt zu Thorium-230, das sich in die Sedimente auf dem  Meeresgrund einlagert.

Thorium-230 ist ein Glied der Zerfallsreihe von Uran-238; es besitzt eine Halbwertszeit von 80000 Jahren. Protactinium-231, das von Uran-235 abgeleitet ist, hat eine Halbwertszeit von 34300 Jahren.

Methoden mit Blei

Das Blei-Alpha-Alter wird bestimmt, indem man den Gesamtbleigehalt und die Alphateilchenaktivität (Uran-Thorium-Gehalt) von Zirkon-, Monazit- oder Xenotimkonzentraten spektrometrisch bestimmt. Die Uran-Blei-Methode basiert auf dem  radioaktiven Zerfall von Uran-238 in Blei-206 und von Uran-235 in Blei-207. Mit den  Zerfallsgeschwindigkeiten für Thorium-232 bis Blei-208 kann man drei voneinander unabhängige Altersangaben für die gleiche Probe erhalten. Die  ermittelten Blei-206- und Blei-207-Verhältnisse können in das so genannte Blei-Blei-Alter umgewandelt werden. Die Methode wird am häufigsten für Proben aus dem Präkambrium benutzt. Als Nebenprodukt der Uran-Thorium-Blei-Altersbestimmung kann zusätzlich ein Uran-Uran-Alter, das aus dem Verhältnis Uran-235 zu Uran-238 abgeleitet wird, berechnet werden.