Paleontologi
Menentukan penanggalan organisme kuno

Artikel utama: Geokronologi
Paleontologi bertujuan untuk memetakan bagaimana kehidupan berubah seiring waktu. Salah satu halangan substansial pada hal ini adalah kesulitan untuk menentukan seberapa tua suatu fosil. Lapisan batuan yang mengawetkan fosil-fosil biasanya tidak memiliki elemen-elemen radioaktif yang dibutuhkan untuk melaksanakan penanggalan radiokarbon. Teknik ini adalah satu-satunya cara paleontolog untuk memberi batuan yang usianya lebih tua dari 50 juta tahun sebuah umur absolut, dan memiliki keakuratan sampai sekitar 0.5% atau lebih baik. Meski penanggalan radiometrik membutuhkan pekerjaan di laboratorium dengan penuh kehati-hatian, prinsip dasarnya sederhana: laju meluruhnya elemen radioaktif telah diketahui, maka perbandingan elemen radioaktif dengan elemen yang merupakan hasil dari peluruhan elemen radioaktif tersebut menunjukkan seberapa lama yang lalu elemen radioaktif tersebut masuk kedalam batuan. Elemen radioaktif biasanya digunakan hanya pada batuan dengan asal-usul vulkanik, sehingga bebatuan penyandang fosil yang hanya dapat ditanggali secara radiometrik hanyalah segelintir lapisan abu vulkanik.
Oleh karena itu, paleontolog biasanya harus mengandalkan stratigrafi untuk menanggali fosil. Stratigrafi adalah ilmu yang mengartikan catatan sedimen mirip lapisan kue, dan telah dibandingkan dengan menyelesaikan teka teki gambar.
Bebatuan biasanya membentuk lapisan yang relatif horizontal, dengan tiap lapisan yang terbentuk, lebih muda daripada yang ada dibawahnya. Bila sebuah fosil ditemukan diantara dua lapisan dengan umur yang telah diektahui, maka umur dari fosil tersebut seharusnya berada diantara dua umur yang telah diketahui.
Fosil-fosil indeks yang umumnya digunakan untuk menanggali batuan di timur laut Amerika Serikat
Karena deretan batuan tidak sinambung, dan biasanya terpotong dengan patahan atau periode erosi, mencocokkan lapisan batuan yang tidak berada disamping satu sama lainnya sangat sulit. Namun, fosil-fosil spesies yang selamat selama periode waktu yang relatif pendek dapat digunakan untuk mengubungan bebatuan terisolasi: teknik ini dikenal sebagai biostratigrafi. Contohnya, spesies conodont Eoplacognathus pseudoplanus hanya hidup pada jangka waktu yang pendek di periode Ordovisium Tengah. Bila sebuah batuan dengan umur yang tidak diketahui memiliki sisa-sisa E. pseudoplanus, maka batuan tersebut pasti berasal dari periode Ordovisium Tengah. Fosil indeks semacam itu harus kentara (khas), terdistribusi secara global, dan memiliki jangkauan waktu yang pendek untuk menjadi berguna. Namun, hasil yang menyesatkan dapat dihasilkan bila fosil indeksnya ternyata memiliki jangkauan fosil yang lebih panjang daripada yang sebelumnya diketahui. Stratigrafi dan biostratigrafi dapat secara umum memberi hanya penanggalan relatif (A ada sebelum B, dan semacamnya), yang biasanya cukup untuk mempelajari evolusi. Namun, hal ini sulit untuk beberapa periode waktu, karena masalah-masalah yang terlibat pada mencocokan batuan dengan usia yang sama pada benua yang berbeda.
Hubungan pohon keluarga dapat juga membantu mempersempit tanggal suatu garis keturunan muncul. Contohnya, bila fosil-fosil B atau C berasal dari X juta tahun lalu dan pohon-keluarga yang dihitung mengatakan A adalah leluhur B dan C, maka A seharusnya berevolusi lebih dari X juta tahun lalu.
Juga mungkin untuk memperkirakan seberapa lama yang lalu dua klad hidup terpisah – i.e. kurang lebih seberapa lama lalu leluhur bersama terakhir mereka hidup – dengan menganggap bahwa mutasi DNA terakumulasi pada laju yang konstan. Namun hal ini, yang dikenal sebagai teknik jam molekuler, bisa salah, dan hanya memberi penentuan waktu dengan perkiraan yang tinggi: contohnya, mereka tidak cukup akurat dan dapat diandalkan untuk menentukan kapan kelompok-kelompok yang muncul pada Letusan Kambrium muncul, dan perkiraan yang dihasilkan oleh teknik-teknik yang berbeda dapat bervariasi sampai dua kali lipat.