矿物学

铀铅测年法通常以锆石（ZrSiO4）为样本进行，虽然本法也可以独居石、榍石（英语：Titanite）和斜锆石（英语：Baddeleyite）进行。

锆石形成时，铀和钍原子可以和锆石的晶体结构结合而存在于锆石中，但是铅无法进入形成中的锆石晶体结构。因此，我们可以假设锆石内含的铅全都是放射成因核素（英语：Radiogenic nuclide）（即完全由铀或钍衰变形成的），而非从外在环境进入。

当科学家测年的材料不是锆石这种可以选择性地只包含铀和钍的“良好”矿物时，就必须使用更佳的、覆盖范围更广的数据模型修正。铀铅测年法也应用在方解石、霰石等其他碳酸盐矿物。这类矿物的测年结果精确度通常低于火成岩和变质岩矿物，但在地质纪录中碳酸盐矿物较为常见。

辐射损伤造成的影响

在锆石内同位素发生α衰变时，锆石的晶体会因为被释放出的α粒子撞击而受到一定程度的辐射损伤。这些损伤主要集中在母核素铀和钍周围，并且会形成使衰变产物铅从锆晶格内的原始位置被排出的通道。

在母核素浓度较高区域的晶体损伤范围将会相当大，并且各个损伤区域将会形成一个损伤网。离子径迹（英语：Ion track）和晶体内微小裂纹将会进一步扩大辐射损伤区域。而这些裂变轨迹将不可避免地成为深入晶体结构的管道，使锆石中放射衰变产生的铅同位素流失。

化学上的细节

假设锆石内的铅原子完全由衰变产生，没有流失也没有铅原子从外部进入，那么锆石的年龄可使用如下指数衰减方程式计算：

其中：

N N o w {\displaystyle N_{\mathrm {Now} }} 是测量时的铀原子数量。

N O r i g {\displaystyle N_{\mathrm {Orig} }} 是铀原子原始数量，相等于测量时铀和铅原子的总量。

λ λ --> {\displaystyle \lambda } 是铀的衰变率。

t {\displaystyle t} 是锆石的年龄，即需要测定的变量。

因此上述方程等价于：

重新整理后变为：

简化后得到：

最后，更常见的计算公式通常是：

以及

上述公式计算结果为协和年龄（Concordant age）。将多个协和年龄随时间序列绘制为图表，就可以得到谐和线（Concordant line）。

样本中铅原子的流失会造成各样本之间年代测定结果的差异。铅流失造成的年代测定偏差如下图表示。如果一组锆石样本流失的铅含量是各个样本不同，将会在下图中产生误差等时线（Errorchron）。谐和线和误差等时线的上交点可反映锆石形成的原始年代，而下交点则是使锆石成为开放系并开始流失铅的事件发生的时间；虽然下交点所表示年代的意义至今仍有一些不同的意见。

  以津巴布韦Pfunze带的锆石进行的铀铅测年法实验结果。所有的样本都有铅同位素流失现象，但是通过所有样本点位的误差等时线（图中斜直线）和谐和线（曲线）显示了岩石的正确年龄 。

没有辐射损伤的锆石可以在极高温的环境（约900 °C 以上）以外完整保留铀和钍放射衰变产生的铅，但是铀高度聚集区域产生的辐射损伤会使锆时在低温下保留铅的能力大幅下降。锆石的化学性质相当稳定，并且对机械风化抵抗能力甚高，这对地质年代学家（英语：Geochronology）而言是喜忧参半的。锆石在母岩熔化时部分区域以至整个晶体仍不会被破坏，可完整保留铀和铅同位素量以测年。形成时间甚久，并且经历地质事件相当复杂的锆石晶体可包含多个形成年代差异甚大的区域（通常是类似树轮的晶体中核心区域最古老，最外围区域最年轻结构。），并且不同区域会纪录不同时期的岩石状态。这种复杂状况的解决方式（取决于保留铅的最高温度，也可存在于其他矿物内）通常是使用离子探针（二次离子质谱法（英语：Secondary ion mass spectrometry），SIMS）或激光感应耦合等离子质谱法（英语：Inductively coupled plasma mass spectrometry）（ICP-MS）。

参见

铅铅测年法（英语：lead-lead dating）

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