1. Radiouhlíková metoda

V horních částech atmosféry vzniká působením vesmírného záření radiouhlík C14. Ten je velmi rychle oxidován na oxid uhličitý a dostává se díky fotosyntéze do těl rostlin a skrze ně i do těl ostatních živočichů. Koncentrace radiouhlíku v atmosféře je konstantní a na konstatní hodnotě se ustálí koncentrace i v živých organismech, kam se radiouhlík ukládá. Po smrti organismu je přísun radiouhlíku zastaven a podle rozpadového zákona se jeho množství pravidelně snižuje. Určení, o kolik se koncentrace radiouhlíku v organismu snížila, vypovídá o době, která uběhla od smrti organismu. Hranice použitelnosti této metody závisí na použitých metodách detekce radiouhlíku, v současnosti činí cca 50 000 let. Velkou výhodou této metody je, že i miligramové množství vzorku postačuje k určení stáří. To umožnilo provést testy předmětů jako je Turínské plátno či svitky od Mrtvého moře.

2. Dendrochronologie

Metoda je založena na „čtení informací“ z letokruhů, které v sobě uchovávají přehled o stáří a změnách klimatu. Dendrochronologie není jen počítání letokruhů dřeva pro určení doby, po kterou strom rostl. Pořadí jednotlivých letokruhů a jejich tloušťky jsou charakteristické pro určitá území a období tak přesně, že díky nim je možné dřevo datovat s přesností jednoho roku. Souvislým „napojením“ charakteristických období vyčtených ze stále starších a starších stromů lze sestavit rejstřík období, do kterého pak lze dosadit zkoumaný dřevěný materiál dosadit (představte si dlouhý čárový kód a jeden jeho fragment, který přiložíte tak, aby seděl). Dendrologové vytvářejí chronologické rejstříky jednotlivých dřevin na daných územích sahající do hluboké minulosti , podle nichž se pak určuje stáří zkoumaných vzorků. Chronologie dubu je u nás zpracována počínaje rokem 525 souvisle až po současnost. U jedle je to od roku 1131. Smrk a borovice se u nás začaly hojně využívat až v 18. století.

3. Termoluminiscence

Metoda termoluminiscence je používaná při určování stáří vypalované keramiky, cihel a obecně materiálů, které prošly tepelným opracováním při vysokých teplotách. Princip metody tkví v tom, že v některých pevných látkách mohou být působením ionizujícího záření zachyceny elektrony díky různým nečistotám a nepravidelnostem krystalové mřížky v metastabilních polohách v záchytných centrech ležících v zakázaném pásu mezi vodivostním a valenčním pásem. Při dodání dostatečné energie (například ohřevem látky) se uvolní a přecházejí do jiných energetických hladin za emise charakteristického elektromagnetického záření. U keramiky a dalších materiálů, které byly zpracovány za velmi vysokých teplot, dojde k uvolnění všech elektronů, které se nacházejí v metastabilních polohách v záchytných centrech. Prázdná místa se pak zpětně zaplňují vlivem kosmického záření a radionuklidů v materiálu a jeho okolí.
Opětovným ohřevem a pořízením charakteristické křivky závislosti vyzářené energie na teplotě lze určit stupeň této opětovné „kontaminace metastabilních poloh“ a tím určit dobu, která uplynula od prvního tepelného opracování. Touto metodou lze běžně určit stáří v rozmezí 100 – 10 000 let. Chyba stanovení stáří se v ideálním případě pohybuje okolo 3%. Při ohřevu materiálu při vysokých teplotách se na termoluminiscenci podílí i samotný svítící materiál, který tak tvoří pozadí měření. Po prvním ohřátí se proto zahřeje předmět ještě jednou. Tentokráte jsou metastabilní polohy opět uvolněné. Naměří se tak pouze infračervené vyzařování materiálu.

4. Opticky stimulovaná luminiscence

Jedná se o obdobu předchozí metody. Minerály jako křemen, případně živec, které jsou vždy obsaženy ve vrstvách s archeologickými materiály, vstřebávají záření radionuklidů ze svého okolí a elektrony se v nich též zachycují v metastabilních polohách. Světelnou stimulací dojde k uvolnění těchto elektronů, které je opět možné měřit.
 Na rozdíl od termoluminiscence, kde se měří čas, který uplynul od tepelného zpracování předmětu, se v případě opticky stimulované luminiscence měří čas, který uběhl od posledního vystavení předmětu slunečnímu záření.
Při pořizování vzorků pro dataci touto metodou je podmínkou zajistit, aby se nedostaly do kontaktu se slunečním světlem, které by vyvolalo luminiscenci a vynulovalo informace o stáří.

5. Kalium-Argonová metoda

Metoda slouží k určování stáří hornin, např. muskovitu či silikátů. Podobně jako u radiouhlíkové metody, kde se zjišťuje poměr izotopů uhlíku, se i při této metodě k určení stáří využívá rozpadový zákon, kde tentokrát hraje hlavní roli rozpad izotopu draslíku K40 na izotop argonu Ar40. Z poměru zastoupení těchto dvou izotopů lze určit stáří horniny. Argon se může do horniny dostat ze vzduchu, ten však neobsahuje pouze izotop Ar40, ale i ostatní izotopy argonu. Pokud se v hornině nachází pouze izotop Ar40, máme téměř jistotu, že tento vznikl v důsledku rozpadu draslíku a metodu je možné použít. Variantou této metody je metoda argon-argonová, které se dává v dnešní době přednost. Spočívá přímo ve sledování poměru Ar40 a Ar39.

6. Paleomagnetismus

Metoda slouží k datování hornin. Ve vyvřelých horninách s obsahem železa či jiných magnetických kovů dochází při jejich tuhnutí k uspořádání magnetických složek podle indukčních čar magnetického pole Země, podobně jako když se vloží magnet mezi železné piliny. Magnetický pól Země se v historii mění, posouvá se a někdy dojde i k přepólování, tj. záměně severního a jižního magnetického pólu. Pokud víme, jak se měnil magnetický pól v průběhu věků, můžeme sestavit kalibrační křivku, podle níž lze datovat ztuhnutí určité horniny. Po ztuhnutí se již atomy v látce prakticky nehýbají a zachovávají tak informaci, kde byl magnetický pól v době ztuhnutí látky, nezávisle na tom, jak se později jeho poloha měnila. Při určování stáří je pro dosažení směrodatných výsledků nutné zohlednit i skutečnost, že kontinenty mění svoji polohu.

7. Racemizační metoda

Metoda sloužící k datování organických zbytků. Aminokyseliny a cukry se v organismech vyskytují výhradně v jedné optické variantě, aminokyseliny jako levotočivé, cukry pravotočivé. Po smrti organismu dochází k postupné přeměně na opticky inaktivní směs („racemát“, odtud název metody). Rychlost této změny je však závislá na velkém množství faktorů a proto touto metodou nelze získat nějaké absolutní určení stáří, jen relativní porovnání starších a mladších vzorků ze stejných fyzikálně-chemických podmínek.

8. Izotopy kyslíku

Metoda slouží zejména ke studiu krasových jevů. Sleduje se v ní poměr izotopů kyslíku O16 a O18. Svým principem se podobá metodě dendrochronologie. Poměrem dvou izotopů kyslíku se neurčuje čas, ale teplota, při níž docházelo v hornině ke krystalizaci. V nové vrstvě horniny je vždy více těžšího izotopu, než v předešlé. Záleží ale na teplotě, jak velký tento skok je. Pokud známe posloupnost teplých a studených období, je možné podle statigrafického zákona stejných zkamenělin  příslušné vrstvy nález datovat.

9. Varvová chronologie

Další metoda podobající se dendrochronologii je studium varvů. Varvy jsou tenké vrstvičky sedimentu usazovaného v jezerech a obecně ve vodním prostředí. V závislosti na změnách v průběhu roku se usazují střídavě světlejší písčitější vrstvičky (zejména v letních obdobích při intenzivním přísunu vody z hor) a tmavší jílovitější části (v zimních obdobích). Velmi zjednodušeně lze říci, že jedna světlo-tmavá vrstvička odpovídá jednomu roku. Tato metoda má význam zejména u jezer v blízkosti ledovců (tzv. periglaciální jezera). Podle jednotlivých vrstev může být určena doba a fáze, v jakých ledovec ustupoval.

10. Další metody

Ve stručnosti uveďme ještě některé další metody určování stáří: Palynologie, karpologie a malakologie jsou metody zkoumající pylová zrna a rostlinné ostatky. Tritiová metoda datující stáří předmětů za posledních 50 let, používaná obzvláště v kriminalistice, statigrafické a typologické studie vrstev hornin, fluorové testy, metoda izochron, metoda rubidium-stronciová, uran-thoriová metoda a další. Při určování stáří velmi starých nerostů se často vychází z rozpadových řad a množství Pb206 (uranová rozpadová řada), Pb207 (aktiniová), Pb208 (thoriová).