测定年代的方法，一般可分为两类，即绝对年代测定法和相对年代测定法。
（1）绝对年代测定法
绝对年代的测定，是根据沉积或火山岩在形成后其中化学元素自然放射性的衰变而计算的。沉积岩中的某些元素含有不稳定的同位素，在发生自然的放射性衰变时，它们的原子有规则地分解成为其他的元素，如钾40逐渐衰变成氩40，铀235衰变成铅207，碳14衰变成氮14等等。
衰变的速度不受外界因素如压力、温度或时间推移的影响。经过一定的时间，原先的原子只留下一半了。这个时间叫“半衰期”，放射的量也只有一半了。这留下的一半经过一定的时间，又去掉一半，只留下原先的1/4，再过一定的时间，再去掉一半，留下原先的1/8，如此等等。如果确定这块岩石样品中剩余的不稳定的同位素的量，再确定衰变产生的元素的量，得出它们的比例，这样根据已知的半衰期年代，便可计算出它的绝对年代。
这些间接的绝对年代测定的准确性，也有赖于标本与沉积年代的关系；如果年代测定还有赖于与其他沉积的相关，则其可靠性又差了一段。总之，绝对年代测定法虽然给人们一个年代的数目，但不要忘记，这只是一种估计，并不是准确数目。
（2）相对年代测定法
相对年代是使化石年代与其他东西的年代发生联系，如与其他化石、旧石器文化或地质事件相联系，从而来确定化石的年代。在不能使用绝对年代测定法时，使用相对年代测定法是很有用的。但是这种方法的准确性受到一系列因素的影响。
相对年代测定法主要是利用化石与它的沉积物的关系。当骨骼被埋藏时，它们逐渐吸收土壤中的某种元素。埋藏的时间越长，它们吸收得越多。比较各骨中这些化学物质的量，就可得知其相对的年代。如果人化石与其周围的动物化石埋藏时间是相同的，则两者中的各种元素的百分率会是一样的，如果人骨是埋藏在较晚的层位中，而后与较老的动物骨骼相混杂，则人骨内的各种元素的量会较少。最早用这种方法是分析骨中氟(Fluorine)的含量，例如在上世纪末和20世纪初时，初次用含氟量来判别在南斯拉夫克拉皮纳(Krapina)地点发现的人化石是否与该地点的绝灭动物群的骨骼是同时化的，从而确定了克拉皮纳人在尼人中的地位。其他常用的元素有氮和铀。这些化学测定法完全决定于当地的土壤条件，而不能用来比较不同的地点，即使是互相邻近的地点也不行。随着当地条件的变化，这种方法得出的结果有时不一致，或者根本不能应用。特别是人类化石，要考虑到在近10万年内埋葬的习俗逐渐风行起来。
相对年代的另一种测定方法，是确定出产化石的沉积，或者化石本身在当地的地层顺序、考古顺序或者动物进化顺序中的位置，从而测定其年代。
根据出产化石的地层与已知地层的特征相对比，从而确定化石的年代。例如，在东非肯尼亚特卡纳湖的一二百万年前的沉积中发现的人类化石的地层层位，可以用火山的凝灰岩而追踪其相互关系。又如欧洲的许多尼人的相对地位，可以用西欧当地的温度变化的序列、古土壤的成分以及其他受温度影响的地质现象来确定。
用考古器物的文化顺序，来测定年代是有很大困难的。人类技术的进步，更多是增加新的工具，而不是抛弃旧的。现代人还有用很原始的石器工具的。如果单从极简单的工具来判断，则可能会把晚的东西弄得很早。可是如果发现一把铁斧，则此地点肯定是相当晚的。所以，只能从最先进的工具来确定一个地点在当地文化顺序中的地位。