化石的相对年龄向来是依据发现它的地层来断定的，但自人们对原子的认识逐渐加深后，科学家已经找到可以鉴定绝对年龄的方法。
在自然界中发现的物质大部分是几种同位素（即原子序数相同而质量数不同的各种原子）的组成物。有些同位素是有放射性的，也就是它们的原子核自发地发出射线，并逐渐蜕变成另一种物质。例如有放射性的同位素 14C 蜕变为 14N。
每一种放射性同位素都有它自己的一定的蜕变速度，这种速度被称为“半衰期”——某种物质原子数的一半蜕变所需要的时间。因此，要是我们知道各种同位素的半衰期，就不难算出某一含有这种同位素的物体的年龄，只要测量该同位素还剩下多少就行了。
在鉴定原始人的年代时，使用最广泛的两种方法，一是 14C 法，用来鉴定有机物；二是 40K - 40Ar 法鉴定火山地层和与其有关的化石。40K - 40Ar 法鉴定火山岩的步骤为：
第一步：用感应线圈把火山岩标本加热到稍高于1200℃，标本熔融时，藏在里面可能达若干百万年的氩便能以测量的数量析出。
第二步：用液体气冷却活性炭，使它可以滤清氩气。
第三步：用质谱分析带电荷的氩原子电磁射线可以算出氩原子数。
氩是放射性同位素钾的衰变产物，既然已经知道这种同位素钾的半衰期为13亿年，那么就很容易确定标本的年龄了。目前该法方已发展得极其精密，既能鉴定只有50 000年左右历史的标本，也能鉴定和地球年龄相同的标本，且都只有极小的误差。
