衰变的速度不受外界因素如压力、温度或时间推移的影响。经过一定的时间，原先的原子只留下一半了。这个时间叫“半衰期”,放射的量也只有一半了。这留下的一半经过一定的时间，又去掉一半，只留下原先的1/4,再过一定的时间，再去掉一半，留下原先的1/8,如此等等。如果确定这块岩石样品中剩余的不稳定的同位素的量，再确定衰变产生的元素的量，得出它们的比例，这样根据已知的半衰期年代，便可计算出它的绝对年代。
这些间接的绝对年代测定的准确性，也有赖于标本与沉积年代的关系；如果年代测定还有赖于与其他沉积的相关，则其可靠性又差了一段。总之，绝对年代测定法虽然给人们一个年代的数目，但不要忘记，这只是一种估计，并不是准确数目。
相对年代测定法相对年代是使化石年代与其他东西的年代发生联系，如与其他化石、旧石器文化或地质事件相联系，从而来确定化石的年代。在不能使用绝对年代测定法时，使用相对年代测定法是很有用的。但是这种方法的准确性受到一系列因素的影响。
相对年代测定法主要是利用化石与它的沉积物的关系。当骨骼被埋藏时，它们逐渐吸收土壤中的某种元素。埋藏的时间越长，它们吸收得越多。比较各骨中这些化学物质的量，就可得知其相对的年代。如果人化石与其周围的动物化石埋藏时间是相同的，则两者中的各种元素的百分率会是一样的，如果人骨是埋藏在较晚的层位中，而后与较老的动物骨骼相混杂，则人骨内的各种元素的量会较少。最早用这种方法是分析骨中氟（Fluorine）的含量，例如在上世纪末和本世纪初时，初次用含氟量来判别在南斯拉夫克拉皮纳（rapina）地点发现的人化石是否与该地点的绝灭动物群的骨骼是同时化的，从而确定了克拉皮纳人在尼人中的地位。其他常用的元素有氮和铀。
这些化学测定法完全决定于当地的土壤条件，而不能用来比较不同的地点，即使是互相邻近的地点也不行。随着当地条件的变化，这种方法有时结果不一致，或者根本不能应用。特别是人类化石，要考虑到在近10万年内埋葬的习俗逐渐风行起来。
相对年代的另一种测定方法，是确定出产化石的沉积，或者化石本身在当地的地层顺序、考古顺序或者动物进化顺序中的位置，从而测定其年代。
根据出产化石的地层与已知地层的特征相对比，从而确定化石的年代。例如，在东非肯尼亚特卡纳湖的一二百万年前的沉积中发现的人类化石的地层层位，可以用火山的凝灰岩而追踪其相互关系。又如欧洲的许多尼人的相对地位，可以用西欧当地的温度变化的序列、古土壤的成分以及其他受温度影响的地质现象来确定。
用考古器物的文化顺序，来测定年代是有很大困难的。人类技术的进步，更多是增加新的工具，而不是抛弃旧的。现代人还有用很原始的石器工具的。如果单从极简单的工具来判断，则可能会把晚的东西弄得很早。可是如果发现一把铁斧，则此地点肯定是相当晚的。所以，只能从最先进的工具来确定一个地点在当地文化顺序中的地位。
同时，还要考虑到人类在这个地点的活动，一个宰杀动物的地点，可以有完全不同于人类居住点的工具。分析一个地点的动物化石在进化中的地位时，也用同样的原则，只有最现代的种是最重要的。地区愈广，这种比较出现错误的可能性就愈大。因为技术革新可以是传入的，也可以是独立地平行发展而来的，各地区文化上的变化，不一定都是同时发生的。
根据动物群来测定相对年代，有赖于大范围的物种分布和进化的记录。一个地区某种物种最早的出现，在有些情况可以用来测定年代，更新世的开始直到现在还是用现代种的马、象和牛的出现为定义的。其他有用的动物是鬣狗和其他的食肉类以及猪的化石。地区的范围越小，用动物群年代测定越准确。近年来小哺乳动物群和耗子等啮齿类动物，在大范围内进行比较，获得了较好的结果。但是不同的生态环境往往使动物群比较得出的年代不很准确。
不少人企图用其他在大范围内出现的广泛的自然现象来确立相对年代。最早试用的是冰川，根据更新世冰期的顺序，以及这些冰期对于温度、湿度和水体水平的影响，来对比各地的年代。
冰川的研究最早是19世纪中叶在欧洲阿尔卑斯山区做的，对当地的地层顺序的研究得出的结果，是在更新世有过四个主要冰期，稍晚的研究表明还有更早的第五个冰期。由近往远，各冰期的名称是玉木、利斯、民德、群智和多瑙。各冰期之间的时间叫间冰期。
世界各大地区有与阿尔卑斯冰期相当的一套名词，如我国与之相当的各期为大理、庐山、大姑、波阳和龙川，但这些冰期是否成立，仍有争论。
每个冰期都是明显较冷的时期，其间也有较冷的冰段和较暖的间冰段的交替。
有证据表明，温暖时期和寒冷时期的交替存在于全世界。有些地区有冰川的直接证据，另一些地区没有冰川，可用冰川影响造成的不同事件来确定相当于冰期的顺序。例如在冰期，由于海洋中大量的水变成了陆地沉积的冰，海平面变低，这时形成的海滩现今是在水上。另一方面，在间冰期，由于结成冰的水又回流到海洋，这时形成的海滩比现今的高。这样可以确定海滩形成的顺序与冰期的关系。
研究河床阶地可达到同样的目的。当冰期海平面低时，河流加速，切割加深；在间冰期海平面高时，河水流速缓慢，河水不是下切而是形成宽阔的阶地。这样也和冰川的顺序有关。另外，在非洲的洲际性的干湿时期的序列，叫做雨期和间雨期，也被认为是冰期和间冰期大气中湿度高低的结果。
更新世的定义和分期，有一时期便完全是根据阿尔卑斯冰期的顺序而来的。更新世的定义是冰期的时期，又根据各冰期分为三期：
早更新世（下更新统）--多瑙和群智冰期；中更新世（中更新统）--群智--民德间冰期至利斯冰期；晚更新世（上更新统）--利期--玉木间冰期至玉木冰期。
全新世或近代，是玉木冰期以后的时期，在1万年稍多以前开始。
原先以为利用雨期、河床阶地顺序，或者冰川的直接证据等，可以使广泛分离的地区或不同的洲的沉积互相联系起来，但实际上并非如此。
原因是这些被认为是“世界性的共有的现象”,实际上既不是世界性的，更不是共有的。相当多的证据表明，非洲并没有洲际性的干和湿的时期，局部地区的干湿顺序不能互相联系。
由海底钻孔取出的沉积的研究，提供了有关这些问题的更多的了解。从海底钻出的长岩心，得出一系沉积的顺序。沉积时的水温可用氧的同位素（18O）与“正常”氧（16O）之比来测定。18O的化学性与16O一样，但稍重。在水较冷时，分子活动较少，有更多的18O沉到海底，而更多的16O则发散了。结果氧的同位素与正常氧之比在无机物（如碳酸钙以及海洋动物的介壳的碳基化合物）内较高。当水温较高时，同位素较少，比例较低。由此可以确定古代水温的序列，各地可以互相比较，结果发现在广泛分布的各地区的温度变化的序列是互相有关的，暗示这种顺序直接与各大洲的冰的量相当。
更新世的冰期可能是由于北冰洋的结冰与解冻的交替，大大改变了这个地区湿气的蒸发而形成的。这种交替的结果造成各主要洋流广泛的差别和水温的变化。海底岩心似乎提供了过去各洲冰期的记录。在上更新统之前至少有九次世界范围的寒冷时期，在上更新统至少有五个明显的寒冷时期。主要寒冷时期至少扩展到80万年之前，寒冷时期的时间从18000年到67000年，其间的温暖时期长达23000年至73000年。海洋岩心的资料还表示各地区寒冷时期的寒冷程度也各不相同。有着这样多的不同的寒冷时期和不同的寒冷程度，就难怪从一个地区（如阿尔卑斯山区）得出的四个寒冷时期自然不一定会与其他地区的相当了。
地球磁场改变的顺序，在年代测定上也很有用处。地球像一块大磁铁，存在着规模巨大的磁场。地磁极位置与地球南北极位置接近。一个是靠近地理北极的负磁极，一个是靠近地理南极的正磁极。古地磁的研究，主要是通过沉积岩和火成岩中含铁化合物的磁性要素的测定。
地球磁场过去已有多次改变或翻转其方向。在反向时，罗盘的针原来指北的，现在却指南了。磁场改变的缘由现在还不很清楚。