Sebuah metode berpacaran radiometrik didasarkan pada kenyataan bahwa jumlah jejak atom radioaktif, seperti uranium dan thorium, dalam beberapa jenis batuan, tanah, dan tanah liat menghasilkan sejumlah rendah konstan latar belakang radiasi pengion. Atom padatan kristalin, seperti tembikar dan batu, dapat diubah oleh radiasi ini. Secara khusus, elektron dari kuarsa, felspar, berlian, atau kristal kalsit bisa menjadi pengungsi dari posisi normal mereka dalam atom dan terjebak dalam ketidaksempurnaan dalam kisi kristal dari molekul batu atau tanah liat. Energi elektron bermuatan ini semakin menumpuk dari waktu ke waktu. Ketika sampel dipanaskan sampai suhu tinggi di laboratorium, terjebak elektron dilepaskan dan kembali ke posisi normal mereka dalam atom mereka. Hal ini menyebabkan mereka mengeluarkan energi mereka disimpan dalam bentuk impuls cahaya (foton). Cahaya ini disebut sebagai thermoluminesensi (harfiah "cahaya panas"). Efek yang sama dapat dibawa oleh merangsang sampel dengan cahaya inframerah. Intensitas thermoluminesensi secara langsung berkaitan dengan jumlah akumulasi perubahan yang dihasilkan oleh radiasi latar belakang, yang, pada gilirannya, bervariasi dengan usia sampel dan jumlah jejak unsur radioaktif di dalamnya.