On étudie les traces de fission des noyaux des atomes de ²³⁸U et ²³⁵U (Uranium 238 et 235). Ces traces modifient la structure des cristaux (présents par exemple dans les verres, les argiles cuites, les roches éruptives). Lorsque le matériau est chauffé, ces traces s'effacent. En observant les traces présentes sur l'échantillon et en déterminant la concentration en uranium de cet échantillon, il est possible de dater la dernière chauffe de l'objet, pour des périodes allant de l'actuel à quelques millions d'années.

Les noyaux d'²³⁸U radioactifs contenus dans certains minéraux éruptifs, se cassent spontanément (c'est la fission nucléaire). Le nombre de fissions par an est constant. On obtient l'âge en dosant la concentration en Uranium et en dénombrant les traces de fission observables au microscope électronique à balayage. Le chronomètre est ici physique (radioactivité du ²³⁸U). Uranium - Thorium (ou déséquilibre de la famille de l'Uranium) : la désintégration de l'Uranium, contenu dans les carbonates, provoque l'apparition de Thorium. Le calcul du rapport d'isotopes intermédiaires ²³⁰Th / ²³⁴U permet la datation. Le chronomètre est ici physique (radioactivité de ²³⁸U)