Penanggalan radioaktif adalah metode untuk menghitung usia batuan dan fosil melalui konsentrasi unsur radioaktif tertentu di dekat 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 bahan yang diberi penanggalan dan skala waktu geologi yang diterima. Sementara sifat peluruhan radioaktif didasarkan pada prinsip-prinsip ilmiah yang mapan untuk unsur-unsur radioaktif yang telah terbukti dengan baik, asumsi yang digunakan untuk menghitung usia sebenarnya dari suatu objek dari prinsip-prinsip ini masih menjadi perdebatan dan kontroversi.
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 yang efektif dari peluruhan 5,725 tahun di mana ia meluruh menjadi nitrogen 14 (14N), dan ditemukan dalam konsentrasi menit di hampir semua senyawa organik di Bumi. Karbon 14 hadir dalam konsentrasi yang diketahui di atmosfer dan di semua tumbuhan 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 berkurang di sisa-sisa, serta di tanah sekitarnya. Variasi ini dapat dibandingkan dengan konsentrasi atmosfer untuk menentukan usia kasar kapan makhluk itu mati, atau ketika artefak anorganik terkubur di tanah dekat sisa-sisa organik.
Metode penanggalan radioaktif untuk periode waktu yang lebih tua atau fosil yang diyakini berusia jutaan tahun melibatkan penggunaan unsur-unsur dengan tingkat peluruhan yang jauh lebih lambat daripada karbon 14. Umumnya, uranium 238 (238U) digunakan, karena perlahan-lahan meluruh menjadi bentuk stabil timbal (206Pb) selama 4,500,000,000 tahun. Isotop lain dengan laju peluruhan panjang yang digunakan untuk menentukan penanggalan formasi geologi adalah kalium 40 (40K), yang meluruh menjadi argon 40 (40Ar) dalam 1,250,000,000 tahun. Sementara elemen radioaktif seperti karbon atau isotop 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 laju perubahannya, dan laju peluruhannya adalah asumsi dasar di mana ilmu penanggalan radioaktif dibangun.
Argumen utama mengenai keakuratan penanggalan radioaktif berpusat di sekitar asumsi ilmu pengetahuan zaman geologi untuk Bumi, pada 2011. Karena tidak mungkin bagi manusia untuk mengetahui keadaan pasti dari batuan atau deposit fosil ketika awalnya dibuat ribuan atau jutaan. beberapa tahun yang lalu, ada kemungkinan bahwa unsur-unsur dalam endapan yang diperhitungkan saat ini bukanlah produk sampingan dari peluruhan unsur-unsur lain dalam sampel. Unsur-unsur yang tampak sebagai produk sampingan peluruhan 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 membusuk, membuang perhitungan usia sebenarnya dari suatu objek. Pengujian usia sampel batuan yang baru terbentuk dari letusan gunung berapi, oleh beberapa laboratorium independen, juga menghasilkan usia yang sangat bervariasi dari 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 kencan konvensional.