Yüzeye çıkma tarihlemesi
Kozmojenik radyonüklid tarihleme

Bu tarihleme tekniklerinden en yaygın olanı kozmojenik radyonüklid tarihlemedir. Yerküre sürekli olarak birincil kozmik ışınlar, yüksek enerji yüklü parçacıklar (çoğunlukla protonlar ve alfa parçacıkları) tarafından bombalanıyor. Bu parçacıklar atmosferik gazlardaki atomlarla etkileşime girerek, atmosferden geçerken sırasıyla birçok reaksiyonda etkileşime girebilecek ve enerjilerini azaltabilecek bir dizi ikincil parçacık üretir. Bu ardalanma, nötronlar da dahil olmak üzere küçük bir hadron fraksiyonu içerir. Bu parçacıklardan biri bir atoma çarptığında, o atomdan bir veya daha fazla proton ve/veya nötronu yerinden çıkarabilir ve farklı bir element veya orijinal elementin farklı bir izotopunu üretebilir. Kaya ve benzer yoğunluktaki diğer malzemelerde, kozmik ışın akışının çoğu, kozmojenik nüklidler adı verilen yeni izotoplar üreten reaksiyonlarda, maruz kalan malzemenin ilk metresinde emilir. Yerküre yüzeyinde bu nüklitlerin çoğu nötronların parçalanmasıyla üretilir. Bilim insanları belli kozmojenik radyonüklitleri kullanarak belirli bir yüzeyin ne kadar süre boyunca açıkta kaldığını, belirli bir malzeme parçasının ne kadar süre boyunca gömülü kaldığını veya bir konumun veya drenaj havzasının ne kadar hızlı aşındığını tarihlendirebilir. Temel prensip, bu radyonüklitlerin bilinen bir oranda üretilmesi ve aynı zamanda bilinen bir oranda bozunmasıdır. Buna göre, bir kaya örneğindeki bu kozmojenik nüklidlerin konsantrasyonunu ölçerek ve kozmik ışınların akışını ve nüklidin yarı ömrünü göz önüne alarak, numunenin kozmik ışınlara ne kadar süreyle maruz kaldığını kestirmek mümkündür. Belirli bir konumdaki kozmik ışınların kümülatif akışı, yükseklik, jeomanyetik enlem, Dünya'nın manyetik alanının değişen yoğunluğu, güneş rüzgarları ve hava basıncı değişimlerinden kaynaklanan atmosferik koruma gibi çeşitli etkenlerden etkilenebilir. Bir kaya örneğinin tarihlendirilmesi için nüklid üretim hızlarının tahmin edilmesi gerekir. Bu hızlar genellikle yaşları radyokarbon tarihleme, termolüminesans veya optik olarak uyarılmış lüminesans gibi başka yollarla tarihlenen örneklerde üretilen nüklidlerin konsantrasyonu karşılaştırılarak ampirik olarak tahmin edilir.
Bir kaya örneğindeki kozmojenik nüklidlerin doğal bolluğuna göre fazlalığı genellikle hızlandırıcı kütle spektrometresi aracılığıyla ölçülür. Bunlar gibi kozmojenik nüklidler, parçalanma reaksiyonları zincirleri tarafından üretilir. Belirli bir nüklid için üretim hızı, jeomanyetik enlemin, örneklenen noktadan görülebilen gökyüzü miktarının, yüksekliğin, örnek derinliğinin ve örneğin içine gömüldüğü malzemenin yoğunluğunun bir fonksiyonudur. Çürüme hızları, nüklidlerin bozunma sabitleri tarafından verilmektedir. Bu denklemler bir örnekteki kozmojenik radyonüklidlerin toplam konsantrasyonunu yaşın bir fonksiyonu olarak vermek üzere birleştirilebilir. En sık ölçülen iki kozmojenik nüklid berilyum-10 ve alüminyum-26'dır. Bu nüklidler jeologlar için özellikle faydalıdır çünkü kozmik ışınlar sırasıyla oksijen-16 ve silikon-28'e çarptığında üretilirler. Ana izotoplar bu elementlerin en bol olanıdır ve kabuksal materyalde yaygındır, oysa radyoaktif yavru çekirdekler genellikle diğer süreçler tarafından üretilmez. Oksijen-16 atmosferde de yaygın olduğu için, berilyum-10 konsantrasyonuna, yerinde oluşmaktan ziyade biriken malzemenin katkısı dikkate alınmalıdır. Bir kuvars kristalinin (SiO2) bir bölümü bir parçalanma ürünü tarafından bombardımana tutulduğunda 10Be ve 26Al üretilir: kuvarsın oksijeni 10Be'ye ve silikon 26Al'e dönüştürülür. Bu nüklidlerin her biri farklı bir oranda üretilir. Her ikisi de malzemenin yüzeyde ne kadar süreyle açıkta kaldığını belirlemek için ayrı ayrı kullanılabilir. Çürüyen iki radyonüklit olduğundan, bu iki nüklidin konsantrasyonlarının oranı, örneğin üretim derinliğinin (tipik olarak 2-10 metre) ötesine gömüldüğü yaşı belirlemek için başka hiçbir bilgi olmadan kullanılabilir.
Klor-36 nüklidleri de yüzey kayalarını tarihlemek için ölçülür. Bu izotop, kalsiyum veya potasyumun kozmik ışınla parçalanmasıyla üretilebilir.