研究有關地球歷史演化和測定地質事件的年齡與時間序列的學科，是地史學的分支學科。它與礦物學、巖石學、地層學、古生物學、構造地質學和礦床學等密切相關，是一門綜合性學科。地質年代學包括同位素地質年代學和相對地質年代學。對地質年代學的研究可制定更準確的地質年代表。
研究簡史 19世紀初期，英國的W.史密斯首先提出化石順序律，為地質年代表的建立奠定瞭基礎。30年代，C.萊伊爾最早使用生生物地層學的研究方法，50年代，德國的A.奧佩爾提出瞭化石帶的概念，從而開創瞭劃分生物地層的途徑。從19世紀70年代到20世紀40年代，巖相古地理和歷史大地構造學的建立，以巖石、地層、古生物方法確定相對的地質年代方法被廣泛應用，形成相對地質年代學。放射性的發現和同位素概念的提出，放射性同位素衰裂變定年技術的應用，為測定巖石、礦物年齡提供瞭精確的方法，從而形成瞭一門獨立的分支學科──同位素地質年代學。20世紀40年代以來，測定地質年齡的鈾-鉛法、鉀-氬法和銣-鍶法的建立和完善，使同位素年代學進入瞭一個全新階段。
同位素年齡測定的原理和方法 當巖漿冷凝，礦物、巖石結晶或重結晶時，放射性元素以某種形式進入礦物或巖石，在封閉體系中，放射性母體或子體同位素持續衰變和積累。隻要準確地測定礦物和巖石中放射性母體和子體的含量，即可根據放射性衰變定律計算出巖石和礦物的年齡。運用這種方法的前提是：母體元素的衰變常數已被準確測定；衰變最終子體產物是穩定的；已知放射性母體和子體元素同位素組成及相對豐度；有精確測定母體和子體同位素的分析技術；巖石、礦物形成後始終保持封閉系統。
根據放射性同位素衰、裂變和能量輻射效應等，以年為單位的地質年齡測定方法有兩種。
①根據放射性同位素本身衰變過程而定的方法。即以母體同位素衰減或子體同位素增長作為時間的函數而測定。這一方法又分為3類：a.測定天然物質中放射性母體及穩定子體產物的同位素比值來計算年齡，主要有鉀－氬法、鈾-鉛法、銣－鍶法、氬-40-氬-39法、釤－釹法、鑭-鈰法、錸－鋨法和镥-鉿法等。b.測定放射性母體同位素本身現有和原有的含量，根據兩者比值計算出天然物體的形成年齡，如碳－14法、釷－230法和鐳-226法等。c.測定由於放射性衰變引起的子體同位素組成的變化，如普通鉛法等。這些方法中，以鉀-氬法、銣-鍶法和鈾-鉛法研究最多、應用最廣。鉀-氬法可用於幾萬年至幾十億年地質體的測定，特別是中、新生代的火山巖和侵入巖。它測定的對象包括雲母類礦物、高溫長石、角閃石、輝石、沉積海綠石、伊利石及火山巖全巖（玄武巖）等含鉀礦物。鈾－鉛法和銣－鍶法主要應用於前寒武紀至中生代，特別是前寒武紀巖石、礦物年齡測定。適合鈾-鉛法的對象有鋯石、獨居石、磷灰石、榍石、晶質鈾礦、瀝青鈾礦等礦物。適合銣－鍶法測定的有化學封閉系統的火成巖和變質巖、沉積頁巖和雲母、長石等礦物。碳-14法是測定年輕樣品年齡的一種重要方法，能測到2～5萬年的年齡，引入加速器質譜技術後，測定范圍可擴大到6～10萬年。碳－14法可與鉀-氬法相接並進行對比，主要用於晚第四紀及對人類學、考古學中某些化石和歷史文物的鑒定。其測定對象甚廣，包括木炭、木頭、泥炭、各種植物的餘骸、各種生物、碳酸鹽類和原生無機碳酸鹽、土壤等。釷-230法和鐳-226法是不平衡鈾系法中的兩種方法。釷-230法測定范圍為0.3～0.4萬年，鐳-226法用於大於1萬年的樣品。它們都用於海湖相沉積速率和年齡的測定，測定對象是海相粘土、石鐘乳類、碳酸鹽巖、骨化石、貝殼、泥炭、錳結核等。
②根據放射性射線對周圍物質作用的程度而定的方法。如根據 α射線和裂變碎片對周圍物質的次生作用來確定物質形成的年齡，主要有裂變徑跡法、熱釋光法、多色暈法和氧法。裂變徑跡法是根據礦物中鈾自發裂變產生的輻射損傷徑跡的數目作為礦物存在時間的函數來計算礦物的年齡。該法測試技術簡單，測定年齡范圍大，一般為100萬年至2億年，這一數值與鉀－氬法基本一致。裂變徑跡法適用的礦物有雲母類、角閃石類、榍石、磷灰石、鋯石和火山玻璃等。熱釋光法與巖石中放射性物質輻射能量有關，它在測定年青巖石、礦物年齡方面能起較大作用。
此外，還有根據地質體中某些物理變化特征來確定其地質年齡的方法：①氨基酸降解法、雙折射比較色散法等；②根據沉積巖中紋泥層測算沉積時間長度；③根據古生物生長節律（古生物鐘）來測算其生存的地質時間長度等。
確定相對地質年代的方法 主要包括地質、巖石、古生物和古地磁的方法。根據地層層序律確定地層新老關系的方法，開始於18世紀末期。一些具有特殊性或特殊礦產的巖層，可作為確定相對地質年代的標志，例如條帶狀磁鐵石英巖隻形成於太古宙至元古宙，煤（包括石煤）僅出現於前寒武紀以後。生物地層法是利用化石來鑒定地層時代。利用化石來劃分地質時代是可靠的，因為生物界的矛盾發展具有特殊的規律，表現出清楚的不可逆性和階段性。生物界的演化，由簡單到復雜，由低級到高級，不可能出現完全重復。這個過程也不是均一的或等速的，而是由緩慢的量變與突變或生物大量絕滅的急速質變交替出現所組成。在同一時期內，生物的總體面貌大體具有全球的一致性，至少在大區內具有一致性。因此，化石是確定相對地質年代的主要手段，並據此對地質年代進行劃分。時間對比圖解法是利用化石總延續時限來顯示沉積巖地層序列上的時間控制，此法包括一種圖像標繪，根據兩個剖面上共有化石的最早出現和最終消失的順序（即延限），以及各剖面上巖石堆積速率，來顯示出相似年代的兩個巖層剖面間的最佳時間對比。此外，根據巖層穿切關系原理能夠簡易地判別巖層相對的新老關系，被穿切的地層總是老於後期穿切的地質體。不整合面存在時，在正常情況下，不整合面以上的地層總晚於其下的地層序列。
古地磁法是利用地磁極性正常和倒轉的交替，借助於已知地層時代和同位素年齡數據，編出地磁極性年代表，它是進行磁性地層工作的標尺。
地質年表 用來表示地史時期的相對時代和同位素年代值的表格，又稱地質年代表或地質時代表。第一個定量年表是1913年A.霍姆斯提出的，後經過不斷的修改。目前比較通用的見表。
地質年表及生物演化簡表
展望 隨著基礎理論研究和測試技術的發展，地質年代學在地質學中的廣泛應用，它已成為地球科學中重要的基礎學科，而且對各種具體對象（沉積巖，基性、超基性巖）的年齡測定有所突破。大區域地質年代學的深入研究和全球性地質資料的對比，將揭示地球演化史中重大事件出現的規律，對地球科學的發展作出更大貢獻。
參考書目
D.約克、R.M.法誇爾著，中國科學院地質研究所同位素地質研究室譯：《地球年齡與地質年代學》，科學出版社，北京，1976。（D.York and R.M.Farquhar，The Earth's Age and Geochronology，Pergamon Press，Oxford，1972.）
W.B.哈蘭等著，袁相國、姬再良、劉椿譯：《地質年代表》，地質出版社，北京，1987。（W.B.Harland et al.，A Geologic Time Scale，Cambridge University Press，Cambridge，1982..