Es gibt mehrere chemische Elemente, die natürlich vorkommende radioaktive Isotope des Urans sind. So zerfallen Uran-235 (235U) und Uran-238 (238U) durch Emission von Alpha- und Beta-Teilchen zu stabilen Blei-Isotopen. Uran-234 (234U) ist beispielsweise das dritte und Thorium-230 (230Th) das vierte Tochter-Isotop des Eltern-Isotops 238U, Protactinium-231 (231Pa) ist das zweite Tochter-Isotop von 235U. Ein uranhaltiges Mineral wird also mit der Zeit jeweils eines der Elemente in Zerfallsreihen enthalten, und zwar in einer Konzentration, die in Bezug zur Halbwertszeit jedes einzelnen Elements steht. Diesen Zustand nennt man radioaktives Gleichgewicht.
Im Zustand des radioaktiven Gleichgewichts ist die Radioaktivität eines jeden Zerfallsprodukts in der Reihe gleich. Jedoch können diese Zerfallsprodukte voneinander separiert worden sein und das System ist aus dem Gleichgewicht geraten. Dies kann durch Prozesse wie Verwitterung, unterschiedliche Absorption, Kristallisation von Mineralen, die ein Element aufnehmen, aber ein anderes ausschließen und durch verschiedene biologische Ereignisse geschehen. Wie viel aus dem Gleichgewicht geraten ist, ist ein Maß für den Zeitpunkt, an dem die Reihe gestört wurde.
Im Zustand des radioaktiven Gleichgewichts ist die Radioaktivität eines jeden Zerfallsprodukts in der Reihe gleich. Jedoch können diese Zerfallsprodukte voneinander separiert worden sein und das System ist aus dem Gleichgewicht geraten. Dies kann durch Prozesse wie Verwitterung, unterschiedliche Absorption, Kristallisation von Mineralen, die ein Element aufnehmen, aber ein anderes ausschließen und durch verschiedene biologische Ereignisse geschehen. Wie viel aus dem Gleichgewicht geraten ist, ist ein Maß für den Zeitpunkt, an dem die Reihe gestört wurde.
| 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 |
Uranreihen-Datierungen, insbesondere solche, die vom Verhältnis von 234U zu 238U abhängen, sind für Altersbestimmungen von nicht-marinen Carbonaten, wie etwa dem Calcit in Höhlen, anwendbar. Die Halbwertszeit für dieses Verfahren beträgt 248.000 Jahre, so dass es für einen Zeitraum von etwa 1 Million Jahre brauchbar ist.
Uran/Thorium Methode
Die damit verbundene Uran-234/Thorium-230 Methode (234U/230Th) wird auch zur Datierung von anorganischen Carbonaten herangezogen. Wie andere Uranreihen-Methoden hängt sie von der guten Löslichkeit von Uran in Wasser ab. So enthält Grund- und Oberflächenwasser, das in Tropfsteinhöhlen sickert, in der Regel Uran, nicht aber seine Tochter-Isotope wie beispielsweise 230Th, das in Wasser relativ unlöslich ist. Sobald sich jedoch Calcitkristalle in Form von Stalaktiten und Stalagmiten an den Höhlenwänden und auf dem Boden niederschlagen, beginnt sich das 230Th als Folge des Zerfalls von 234U und 238U zu akkumulieren - dies setzt sich fort, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Das Verhältnis von 230Th zu 234U liefert ein Maß für die Zeit, die seit Kristallbildung verstrichen ist.
Die 230Th/234U Methode ist gut anwendbar für mineralische Proben, die jünger als 300.000 Jahre sind. Die Methode wurde zur Datierung von europäischen Höhlen herangezogen, die einst von frühen Menschen bewohnt wurden und in denen es keine vulkanischen Gesteine gibt, die für eine Datierung mit der Kalium-Argon-Methode geeignet sind. Dazu gehören Fundplätze wie beispielsweise Bilzingsleben in Thüringen, Vertesszöllös in Ungarn und Pontnewydd in Wales mit einem Alter zwischen 500.000 und 200.000 Jahren.
Uranreihen-Datierungen von archäologischen Funden in Höhlen können anfällig für Fehler sein, die aufgrund von Schwierigkeiten bei der Bestimmung der Abfolge von Calcitablagerungen auftreten können, insbersondere dort, wo Teile der Höhlenwand abgebrochen und Schichten durcheinander geraten sind. Auch kann das datierte Calcit mit Uran aus einer anderen Quelle kontaminiert sein, beispielsweise mit Staubteilchen, oder geringe Mengen von Uran sind entwichen, nachdem das Carbonat ausgefällt ist. Aus diesen Gründen müssen in der Regel mehrere Schichten der Ablagerung datiert und gegebenenfalls mit und anderen Techniken überprüft werden.
