Die Spaltspurdatierung beruht auf dem spontanen radioaktiven Zerfall (fission) von Uran-238 (238U), wobei eine Spur (track) von Defektlinien in der Nähe des Uran-Atoms entsteht. In der Paläoanthropologie wendet man diese Technik hauptsächlich auf Vulkangesteine und Minerale an, die bei ihrer Bildung noch keine Spaltspuren aufweisen. Im Laufe der Zeit erhöht sich aber ihre Zahl mit einer Geschwindigkeit, die vom Urangehalt abhängig ist. Durch die Bestimmung der Uranmenge und der Spaltspuren-Dichte einer Probe kann ihr Alter berechnet werden.
| Jahre zurück | 108 107 106 105 104 103 | Datierbares Material |
| Spaltspurdatierung |  | Vulkanische Mineralien, Glas, Keramik |
| Kalium-Argon Datierung (40K/40Ar und 39Ar/40Ar) | | Vulkanische Mineralien und Gesteine |
| Rubidium-Strontium Datierung (87Rb/87Sr) | | Vulkanische Mineralien und Gesteine |
| Uranreihen Datierung (234U/238U) | | Carbonate (z.B. Korallen) |
| Optisch angeregte Lumineszenz | | Quarz, Zirkon |
| Elektronenspinresonanz Datierung | | Carbonate, Silicate, Apatit (z.B. Zahnschmelz) |
| Uranreihen Datierung (230Th/234U) | | Anorganische und organische Carbonate, vulkanische Gesteine, ?Knochen, ?Zahndentin |
| Thermolumineszenz | | Keramik, Quarz, Feldspat, Carbonate |
| Uranreihen Datierung (231Pa/235U) | | Anorganische und organische Carbonate |
| Radiokohlenstoff-Datierung (14C) | | Organisches Material (z.B. Knochen, Schalen, Holzkohle, Carbonate |
Für die Spaltspurdatierung wird meist Zirkon verwendet. Zirkon ist ein Mineral aus der Mineralklasse der Silikate und enthält häufig Verunreinigungen und Einschlüsse verschiedener Elemente und Minerale. Zirkon kann bis zu 1,5 % Uranoxid (U3O8) enthalten - mehr als alle anderen vulkanischen Minerale. Die Spaltspuren im Zirkon sind außergewöhnlich stabil und er ist sehr witterungsbeständig. Darüber hinaus können manchmal einzelne Zirkonkörnchen datiert werden und vulkanischer Zirkon kann leicht anhand seiner scharfen Kristallkonturen identifiziert werden. Andere Materialien, deren Alter mit der Spaltspurdatierung bestimmt werden kann, sind Apatit, Biotit, Titanit und vulkanische Gläser wie Obsidian.
Da Spaltspuren nur etwa 10 µm (0,001 mm) lang sind, müssen sie vergrößert werden. Dies geschieht durch Schleifen und Polieren des zu datierenden Zirkonkörnchens, wobei eine Fläche herausgearbeitet und dann angeätzt wird. Die Spaltspuren können nun unter einem optischen Mikroskop betrachtet und in einem festgelegten Bereich gezählt werden. Im folgenden Schritt wird die Konzentration von 238U in der Probe durch Bestrahlung mit einer bekannten Anzahl von Neutronen gemessen. Der Neutronenbeschuß ruft bei 235U, einem anderen Uranisotop, den Zerfall hervor (nicht aber bei 238U). Da das Verhältnis von 235U und 238U in der Natur konstant ist, kann anhand der induzierten Spaltspuren-Dichte bei bekanntem Neutronenfluss der initiale Gehalt an 238U der untersuchten Probe berechnet werden. Anhand des Verhältnisses von natürlichen und künstlich erzeugten Spaltspuren kann nun auf das Alter des Zirkonkristalls geschlossen werden.
Eine der bisher wichtigsten Anwendungen der Spaltspurmethode war die Überprüfung von Kalium-Argon Datierungen von ostafrikanischen Homininenfundorten.
