我们知道组成宇宙万物的最基本的东西叫元素，譬如氢、氧、氮、氯等，目前已发现的元素有107种。20世纪初，科学家发现有些元素很特别，它们的原子核能慢慢发射出肉眼看不见的射线而变为另一种元素。这种元素称为放射性元素，其变化称为衰变。一种放射性元素其数量衰变到只有原来的一半所经过的时间，称为半衰期。譬如1克铀经过45亿年，就有1/2克变成铅和氦。由于放射性元素的变化不受温度、湿度、压力等外界的影响，所以它的半衰期从始至终是一致的。因此，放射性元素是地球年龄最好的计时器。取一块含铀的岩石，只要测出其中铀和铅的含量，便可算出岩石的年龄。地壳是由岩石构成的，最古老的岩石的年龄就是地壳的年龄。但在地壳形成以前，地球经历了一段熔融的时期，加上这段时间，才是地球的年龄。
20世纪50年代中期，美国地质化学家克莱尔•派特森等人以铁陨石为主要研究对象，率先开发出复合的“陨石一地球时钟”算出地球的年龄大约为46亿年。后来，科学家还用同样的方法推算出各类陨石和月岩的年龄均为45亿年到46亿年，这说明由同一太阳星云形成的地球、月球和陨石的年龄大致相同，也反过来验证了用放射性元素测定地球年龄的方法是正确的。
科学家利用放射性核素的衰变规律建立了一套行之有效的同位素计时方法，测定各种地质事件和宇宙事件的年龄，为地球和太阳系的演化确定时标。
