Penanggalan radioaktif adalah metode untuk menghitung usia batuan dan fosil melalui konsentrasi unsur radioaktif tertentu yang berdekatan dengan objek tersebut atau sebagai bagian dari struktur kimianya. Ada berbagai metode penanggalan radioaktif yang digunakan tergantung pada apakah yang dianalisis adalah organik atau anorganik, dan setiap proses dibangun berdasarkan asumsi tentang keadaan asli materi yang diberi tanggal dan skala waktu geologi yang diterima. Sementara sifat peluruhan radioaktif didasarkan pada prinsip-prinsip ilmiah yang ditetapkan untuk unsur-unsur radioaktif yang terbukti dengan baik, asumsi yang digunakan untuk menghitung usia sebenarnya suatu objek dari prinsip-prinsip ini tunduk pada beberapa perdebatan dan kontroversi.
Penanggalan radioaktif dapat digunakan untuk menentukan kapan pembentukan batuan dibuat
Penanggalan karbon radioaktif adalah metode yang paling umum digunakan untuk penanggalan fosil asal manusia atau artefak dari peradaban manusia purba. Isotop karbon 14 (14C) digunakan, karena memiliki waktu paruh pendek efektif 5,725 tahun di mana ia meluruh menjadi nitrogen 14 (14N), dan ditemukan dalam konsentrasi kecil di hampir semua senyawa organik di Bumi. Karbon 14 hadir dalam konsentrasi yang diketahui di atmosfer dan di semua tanaman dan hewan yang terlibat dalam pertukaran gas CO2 melalui proses respirasi. Setelah tanaman atau hewan mati dan tertutup dari paparan lebih lanjut ke udara, jumlah karbon 14 perlahan-lahan berkurang di sisa-sisa, serta di tanah sekitarnya. Variasi ini dapat dibandingkan dengan konsentrasi atmosfer untuk menentukan usia kasar ketika makhluk itu mati, atau ketika artefak anorganik dimakamkan di tanah dekat sisa-sisa organik.
Metode penanggalan radioaktif untuk periode waktu yang lebih lama atau fosil yang diyakini berumur jutaan tahun melibatkan penggunaan unsur-unsur dengan laju peluruhan yang jauh lebih lambat daripada karbon 14. Biasanya, uranium 238 (238U) digunakan, karena perlahan-lahan meluruh ke bentuk stabil dari timbal (206Pb) selama 4,500.000.000 tahun. Isotop lain dengan laju peluruhan panjang yang digunakan untuk menentukan tanggal pembentukan geologi adalah kalium 40 (40K), yang meluruh menjadi argon 40 (40Ar) dalam 1.250.000.000 tahun. Sementara elemen radioaktif seperti karbon atau uranium meluruh, mereka tetap tidak terpengaruh oleh proses lain yang terjadi di sekitarnya, seperti perubahan panas, tekanan, dan reaksi kimia. Hal ini membuat mereka dapat diprediksi dalam hal tingkat perubahan mereka, dan tingkat peluruhan mereka adalah asumsi dasar di mana ilmu penanggalan radioaktif dibangun.
Argumen utama mengenai keakuratan penanggalan radioaktif berpusat di sekitar era ilmu geologi yang diasumsikan untuk Bumi, pada tahun 2011. Karena tidak mungkin bagi manusia untuk mengetahui keadaan pasti dari batuan atau deposit fosil ketika awalnya diciptakan ribuan atau jutaan tahun yang lalu, ada kemungkinan bahwa unsur-unsur dalam deposit yang diperhitungkan pada saat ini bukan merupakan produk sampingan dari peluruhan unsur-unsur lain dalam sampel. Unsur-unsur yang tampak sebagai produk sampingan yang meluruh mungkin telah disimpan dalam sampel dari waktu ke waktu melalui metode lain, atau selalu ada dalam konsentrasi yang lebih tinggi dari yang diperkirakan bersama dengan unsur-unsur yang meluruh, membuang perhitungan mengenai usia sebenarnya suatu objek. Pengujian usia sampel batuan yang baru terbentuk dari letusan gunung berapi, oleh beberapa laboratorium independen, juga menghasilkan usia yang sangat bervariasi beberapa juta tahun, ketika batuan itu sendiri terbentuk melalui proses yang terjadi kurang dari 100 tahun yang lalu, menimbulkan keraguan pada metodologi yang digunakan dalam praktik penanggalan konvensional.