放射性元素の放射性崩壊を利用して親元素と娘元素の比から岩石や化石などの年代を測定すること。この方法で測定した年代は放射年代と呼ばれる。

対象とする親元素がある測定対象に固定されて移動しなくなった出発時点（たとえば生物が死んだときや鉱物が結晶化したとき）から、親元素の娘元素に対する比は対象の中で減少し続ける。推定したい時間の長さに適した半減期を持つ放射性元素を利用して、出発点から現在までの経過時間を推定することができる。炭素（¹⁴C）から窒素（¹⁴N）への崩壊（半減期約5730年）やカリウム（⁴⁰K）からアルゴン（⁴⁰Ar）への崩壊（半減期約12.8億年）などがよく用いられる。前者は放射性炭素年代測定と呼ばれ、地層中から出土した有機物などに広く適用されている。