Selvitettäessä fossiilien tarkka absoluuttinen ikä käytetään apuna tietoa radioaktiivisten aineiden hajoamisnopeudesta. Radioaktiivisten aineiden perusteella tehtävä iänmääritys perustuu kullekin radioaktiiviselle aineelle tyypilliseen puoliintumisaikaan. Kun lisäksi tiedetään, kuinka paljon radioaktiivista ainetta on alun perin ollut näytteessä, voidaan laskea näytteen ikä.

Aikaa, jonka kuluessa radioaktiivinen aine on vähentynyt puoleen, kutsutaan puoliintumisajaksi. Fossiilista määritetään tietyn alkuperäisen aineen ja sen hajoamistuotteen välinen suhde. Näin saadaan selville milloin alkuperäisen aineen hajoaminen on alkanut. Vanhojen fossiilien iänmäärityksessä käytettyjä radioaktiivisia iänmääritysmenetelmiä ovat muun muassa kalium-argon -menetelmä ja uraani-lyijy -menetelmä.

Alle 50 000 vuotta vanhojen fossiilien iänmääritys tehdään radiohiilimenetelmän avulla. Luonnossa tunnetaan kolme hiilen isotooppia: hiili-12, hiili-13 ja hiili-14 (radiohiili). Radiohiiltä muodostuu kosmisen säteilyn ilmakehän typpiatomeista. Syntynyt radiohiili (hiili-14) yhdistyy muun muassa ilmakehän hapen kanssa muodostaen hiilidioksidia. Kasvien yhteyttämisen kautta hiilidioksidin sisältämä hiili siirtyy kasveihin ja kasveista eläimiin. Osa tästä hiilestä on radiohiiltä.

Radiohiilen suhteellinen osuus kahteen ensimmäiseen pysyvään isotooppiin (hiili-12 ja hiili-13) verrattuna on erittäin pieni, joten eliöiden sisältämästä hiilestä on vain hyvin pieni osuus hiili-14 -isotooppia. Eliön kuollessa sen hiilen saanti loppuu ja sen sisältämä hiili-14 hajoaa typeksi ja samalla radiohiilen pitoisuus eliössä alkaa vähentyä.

Hiili-14 -isotoopin puoliintumisaika on noin 5700 vuotta. Tämä tarkoittaa sitä, että eliön kuoltua puolet siinä olleesta radiohiilestä hajoaa 5700 vuodessa, jäljellä olevasta puolet taas seuraavien 5700 vuoden aikana ja niin edelleen. Kuolleen eliön radiohiilipitoisuutta mittaamalla ja tunnettua puoliintumisaikaa apuna käyttäen voidaan siis määrittää fossiilin kuolinaika eli eliön kuolemasta kulunut aika.