同位素地质年代学（isotope chronology）又称同位素年代学，是同位素地质学分支之一。利用自然界放射性衰变规律研究测定各种地质体的形成时代的同位素记时方法。它根据放射性同位素衰变规律确定地质体形成时间和地质事件发生的时代,以研究地球和行星物质的形成历史和演化规律。所涉及的同位素主要有U Th Pb体系、Sm Nb体系、Rb Sr体系、K Ar体系、Ar Ar体系、Re Os体系、Lu Hf体系、14C等。着重研究含高放射成因同位素的封闭体系。

能自发地放射各种射线的同位素称为放射性同位素。放射性同位素放射出α 或β射线而发生核转变的过程称放射性衰变，衰变前的放射性同位素为母体，衰变过程中产生的新同位素叫子体。若放射性母体经过一次衰变就转变为另一种稳定的子体，称为单衰变。如87Rb→87Sr+β-。若放射性母体经过若干次衰变，每一种衰变所形成的中间子体是不稳定的，又继续衰变，一直到产生稳定的最终子体为止，则叫连续衰变或衰变系列。如 238U经过 14次连续衰变，即238U→8α+6β-+206Pb，最终形成稳定的206Pb子体。有的放射性母体能同时产生两种子体，这样的衰变称分支衰变。如 40K一方面通过β-衰变形成稳定的40Ca，同时又以K层电子捕获方式形成稳定的 40Ar。在放射性衰变过程中放射性母体同位素的原子数衰减到原子数目的一半所需的时间称为半衰期，记作 T1/2。它不随外界条件、元素所处状态或元素质量的变化而改变。半衰期的长短差别很大，短的只有10-7秒,长的可达1018年。半衰期越短的同位素放射性越强。放射性同位素在单位时间内每个原子核的衰变几率称衰变常数(λ)。半衰期和衰变常数是利用放射性衰变定律计算地质年代时的两个重要特征常数。一些同位素的半衰期和衰变常数如表。