Các đồng vị phóng xạ có khả năng tự phân rã, trong quá trình đó các tia phóng xạ tác dụng lên môi trường vật chất xung quanh. Có thể chia các phương pháp tuổi đồng vị xác định niên đại địa chất thành hai nhóm [44, 85] như sau:
Nhóm phương pháp thứ nhất tính thời gian dựa vào các hiện tượng là kết quả của tác dụng của các tia phóng xạ. Tia phóng xạ có tác dụng hoá học là tia α, có thể xuyên qua vật thể rắn. Nếu quan sát một số khoáng vật như mica, zircon dưới kính hiển vi, có thể thấy các vòng tròn phát sáng yếu (các quầng sáng hay vòng sáng). Nghiên cứu tác dụng của tia α lên các khoáng vật này, có thể biết được sự phụ thuộc của cường độ phát sáng của các quầng sáng vào thời gian chiếu tia. Các phương pháp tính tuổi dựa trên đặc tính này phụ thuộc nhiều vào các yếu tố bên ngoài nên độ chính xác không cao và thực tế cũng ít được sử dụng.
Nhóm phương pháp thứ hai tính thời gian dựa vào bản thân quá trình phân rã. Các đồng vị gốc (hay đồng vị mẹ) phát ra các bức xạ và các hạt và hình thành các đồng vị con bền vững. Trong quá trình phân rã, các đồng vị phân chia thành các sản phẩm con theo một chu kỳ bán rã đặc trưng. Bằng cách đo các đồng vị mẹ và con trong mẫu, khi biết chu kỳ bán rã của đồng vị mẹ có thể xác định được tuổi của mẫu. Các điều kiện tiên quyết khi chọn mẫu phân tích bằng phương pháp này là: đồng vị con không có mặt hoặc có không đáng kể trong đá hay khoáng vật vào thời
điểm mà đá hay khoáng vật đó được hình thành; hệđồng vị luôn tồn tại ở trạng thái kín kể từ khi đá hoặc khoáng vật được kết tinh đến thời điểm lấy mẫu phân tích; thành phần đồng vị mẹ không được thay đổi do quá trình phân dị hoặc các quá trình biến đổi về sau gây ra; hằng số phân rã (λ) của đồng vị mẹ phải được biết chính xác; việc xác định hàm lượng của đồng vị mẹ và con phải đảm bảo độ chính xác cao. Việc lựa chọn mẫu vật thích hợp để tính tuổi cũng còn phụ thuộc vào chính tuổi của chúng và phương pháp tính tuổi nào được áp dụng. Với các đồng vị có thời gian sống rất dài, mẫu để tính tuổi phải có tuổi đủ già để mẫu có thể chứa đủ lượng đồng vị con được sinh ra. Ngược lại, với các đồng vị có thời gian sống ngắn, mẫu phải có tuổi đủ trẻđể có thể còn đủ lượng đồng vị mẹ tồn tại trong mẫu.
Những chuỗi phân rã chứa các đồng vị của các nguyên tố có mặt trong các khoáng silicat thông thường như: 87Rb → 87Sr, 147Sm → 143Nd, U/Th → Pb, 187Re → 187Os, 176Lu → 176Hf , 40K→ 40Ar có ứng dụng nhiều nhất trong việc xác định niên đại địa chất [48]. Ngoài ra, các tỷ số đồng vị 87Sr/86Sr hay 176Hf/177Hf cũng là những dữ liệu quan trọng phục vụ cho các nghiên cứu về nguồn gốc trong lĩnh vực địa chất. Ở đây, chúng tôi chỉ trình bày cơ sở nguyên lý của một số phương pháp xác định tuổi, nguồn gốc thường được sử dụng và cũng là nội dung nghiên cứu của đề tài luận án này là phương pháp Urani/Thori-Chì, phương pháp Rubiđi-Stronti, phương pháp Tỷ sốđồng vị Hafni.