Un metodo di datazione radiometrica basato sul fatto che tracce di atomi radioattivi, come l'uranio e il torio, in alcuni tipi di rocce, terra e argilla producono costantemente basse quantità di radiazioni ionizzanti di fondo. Gli atomi di solidi cristallini, come la ceramica e il rock, possono essere alterati da questa radiazione. In particolare, gli elettroni di quarzo, feldspati, diamante, o cristalli di calcite possono diventare sfollati dalle loro normali posizioni negli atomi e intrappolati in imperfezioni nel reticolo cristallino delle molecole di roccia o argilla. Questi elettroni accumulano progressivamente energia caricata nel tempo. Quando un campione viene riscaldato a temperature elevate in un laboratorio, gli elettroni intrappolati vengono rilasciati e tornano alla loro posizione normale nel loro atomo. Questo li induce a sprigionare la loro energia immagazzinata sotto forma di impulsi di luce (fotoni). Questa luce è denominata termoluminescenza (letteralmente "luce di calore"). Un effetto simile può essere causato dalla stimolazione del campione con luce infrarossa. L'intensità della termoluminescenza è direttamente correlata alla quantità di cambiamenti accumulata prodotta dalla radiazione di fondo, che a sua volta, varia con l'età del campione e la quantità di oligoelementi radioattivi in ​​esso contenuti.